Технология природного урана

1. Задачи дисциплины
В результате освоения дисциплины будущий специалист приобретет знания,
умения и навыки, обеспечивающие достижение целей основной
образовательной программы по специальности «Химическая технология
материалов современной энергетики». Цель освоения дисциплины – дать
знания по всем стадиям переработки урана: добыча руды, ее механическая
обработка, выщелачивание, концентрирование, аффинаж и получение
готовых продуктов.
.
Дисциплина нацелена на подготовку инженеров к:
производственно-технологической
деятельности
в
области
осуществления технологических процессов в технологии природного урана;
организации и осуществления входного контроля уранового сырья;
обеспечения эффективного использования в технологическом процессе
оборудования, уранового сырья и вспомогательных материалов; освоения и
ввод в эксплуатацию новых технологических процессов и оборудования.
- научно-исследовательской деятельности в области разработки планов,
программ и методик проведения исследований урановых материалов и
технологических процессов в технологии природного урана, являющихся
объектами профессиональной деятельности; проведения экспериментальных
исследований
в
области
урановой
технологии;
оптимизация
производственных установок и технологических схем; анализа научнотехнической литературы и проведения патентного поиска по урановой
тематике; составления научно-технических отчетов и аналитических обзоров
литературы по технологии уприродного урана;
- организационно-управленческая деятельность в области организации
работы коллектива в условиях действующего уранового производства и
обеспечение бесперебойного осуществления технологического процесса;
осуществления технологического контроля в производстве урана; разработки
мероприятий по экономии уранового сырья и энергетических ресурсов;
проведении технико-экономического анализа уранового производства;
- проектная деятельность в области разработки новых технологических
схем, расчета технологических параметров, расчета и выбора оборудования
на урановых производствах; анализа и оценки альтернативных вариантов
технологических схем и их отдельных узлов и аппаратов.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина относится к дисциплинам профессионального цикла
(С3.Б16.1). Она связана с дисциплинами естественнонаучного и
математического цикла (Общая и неорганическая химия, «Органическая
химия») и общепрофессионального цикла («Оборудование производств
редких элементов», «Учебно-исследовательская работа студентов», «Химия
редких и рассеянных элементов», «Методы получения чистых веществ»,
«Химическая кинетика гетерогенных процессов», «Химия урана, тория,
плутония», «Физико-химические методы анализа», «Химические реакторы»)
и опирается на освоенные при изучении данных дисциплин знания и умения.
Кореквизитами для дисциплины «Технология природного урана»
являются дисциплины профессионального цикла: «Технология ядерного
топлива», «Радиохимическая переработка ОЯТ», «Лабораторный практикум
по спецтехнологиям», Электрохимические производства», «Основы
проектирования химических производств».
3. Результаты освоения дисциплины
При
изучении
дисциплины
студенты
должны
научиться
профессионально
использовать
современное
технологическое
и
аналитическое оборудование, проводить научные исследования и анализ
полученных при его проведении результатов.
После изучения данной дисциплины студенты приобретают знания,
умения и опыт, соответствующие результатам основной образовательной
программы. Соответствие результатов освоения дисциплины «Технология
природного урана» формируемым компетенциям ООП представлено в
таблице 1.
Формируемые
компетенции в
Результаты освоения дисциплины
соответствии
с ООП
В результате освоения дисциплины студент должен знать
З1
Сырьевую базу и вещественный состав руд урана
З2
Основные понятия и определения процессов подготовки урановой
руды к выщелачиванию, экстракции, ионного обмена, осаждения,
аффинажа, получения металлического урана.
З3
Технологические схемы, режимы и их особенности при подготовке
урановых руд к обогащению и выщелачиванию
З4
Технологические схемы, режимы и их особенности при
концентрировании урана
З5
Технологические схемы, режимы и их особенности при
выщелачивании урана
З6
Технологические схемы, режимы и их особенности при аффинаже
урана
З7
Технологические схемы, режимы и их особенности при получении
готовых продуктов урана
Формируемые
компетенции в
Результаты освоения дисциплины
соответствии
с ООП
В результате освоения дисциплины студент должен уметь
У1
Разрабатывать технологические процессы
У2
Оценивать риски и определять меры по обеспечению безопасности
разрабатываемых и используемых технологий
У3
Рассчитывать основные характеристики технологических процессов
У4
У5
У6
В1
В2
В3
Рассчитывать
параметры
и
выбирать
аппаратуру
для
технологических процессов
Выбирать рациональную схема производства для проведения
технологических процессов
Выявлять объекты для улучшения в известных технологиях
В результате освоения дисциплины студент должен владеть
Навыками работы с учебной, справочной, технической и научной
литературой
Выбора
оптимальных
технологических,
эксплуатационных,
экономических и безопасных параметров ведения всех видов работ
по гидрометаллургии урана
Методами расчета процессов: гравитационного обогащения,
выщелачивания, ионообменного процесса, экстракционного
процесса
В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие
компетенции:
1.Универсальные (общекультурные) –
– способность и готовность изучать, критически оценивать научнотехническую информацию отечественного и зарубежного опыта по
технологии природного урана;
– умение предсказывать показатели обогащения, выщелачивания,
ионного обмена, экстракции, разделения урана;
– представлять итоги анализов в виде отчетов;
– умение работать в команде.
2. Профессиональные способность/готовность
- способность к разработке новых аппаратов и технологий, нормативной
документации по гидрометаллургическим процессам природного урана;
- умение управлять производственным процессом.
4. Структура и содержание дисциплины
4.1 Приводится аннотированное содержание разделов дисциплины
№
1
2
Название
раздела/темы
Введение.
Добыча
руды
редких металлов.
Образование
месторождений
редких металлов.
Методы добычи
россыпных
и
коренных
руд.
Аудиторная работа
(час)
Лек Практ./
Лаб.
ции семинар
зан.
2
-
2
-
4
СРС
(час)
Итого
6
8
6
12
Формы текущего
контроля и
аттестации
Устный отчет
Промежуточный
отчет
3
4
5
6
7
8
Значение редких
металлов
в
ядерной
энергетике.
История развития
урановой
промышленности.
Подготовка
рудного материала
к выщелачиванию.
Механическая
обработка рудного
материала
(дробление,
измельчение).
Физическое
обогащение
бедных
руд.
Теоретические
основы
и
практика
гравитационного
обогащения.
Флотация,
электромагнитная
сепарация,
радиометрическая
сортировка.
Химизм
и
аппаратурное
оформление
окислительного,
сульфатизирующе
го
и
хлорирующего
обжига; спекание
или сплавление.
Выщелачивание.
Термодинамика и
кинетика
выщелачивания.
Выщелачива
ющие реагенты.
Окислительновосстановительны
й потенциал при
выщелачивании.
Применяемые
окислители.
Автоклавное
выщелачивание.
6
8
Отчеты по
лабораторным
работам
6
13
Устный отчет
-
4
6
Отчеты по
лабораторным
работам
2
-
6
8
Устный отчет
2
-
4
4
10
Отчеты по
лабораторным
работам
2
-
5
4
11
Отчеты по
лабораторным
работам
2
-
2
-
2
5
9
10
11
12
13
14
15
16
Технологический
режим
выщелачивания.
Аппаратурное
оформление
процесса
выщелачивания.
Кучное
и
подземное
выщелачивание.
Разделение
твердой и жидкой
фаз.
Сгущение,
фильтрация.
Химическое
осаждение редких
металлов
из
кислых
и
карбонатных
растворов.
Фракционное
осаждение
пероксидов,
гидроксидов,
фосфатов.
Условия
получения
крупнокристаллич
еских осадков.
Применение
ионообменных
процессов
для
извлечения
редких металлов
из
растворов
(пульп).
Извлечение урана
из
кислых
растворов
катионитами
и
анионитами.
Извлечение урана
из карбонатных
растворов
сильноосновными
анионитами.
Аппаратура для
ионообменого
извлечения урана
из растворов и
пульп.
2
-
4
3
5
Отчеты по
лабораторным
работам
6
Устный отчет
4
Устный отчет
2
4
Отчеты по
лабораторным
работам
2
4
Устный отчет
6
Устный отчет
2
4
Устный отчет
2
6
Устный отчет
2
2
2
5
4
17
18
19
20
21
22
Катионообменная
экстракция,
анионообменная
экстракция,
экстракция
с
образованием
донорноакцепторных
связей.
Технологические
схемы,
экстракции
с
применением
алкилфосфатов и
алкиламинов.
Аппаратура
экстракционных
процессов.
Методы
аффинажа.
Экстракционный
аффинаж.
Осадительные
методы
аффинажа.
Получение
металлического
урана.
Итого
4.2
4
Устный отчет
2
6
Отчеты по
лабораторным
работам
2
4
Устный отчет
2
6
Устный отчет
2
6
Устный отчет
1
3
Устный отчет
2
45
5
-
36
108
189
Содержание лекций дисциплины
1 лекция. Введение. Добыча руды редких металлов. Образование
месторождений редких металлов.
2 лекция. Методы добычи россыпных и коренных руд. Значение редких
металлов
в
ядерной
энергетике.
История
развития
урановой
промышленности.
3 лекция. Подготовка рудного материала к выщелачиванию.
Механическая обработка рудного материала (дробление, измельчение).
4 лекция. Физическое обогащение бедных руд. Теоретические основы и
практика гравитационного обогащения.
5 лекция. Флотация, электромагнитная сепарация, радиометрическая
сортировка.
6 лекция. Химизм и аппаратурное оформление окислительного,
сульфатизирующего и хлорирующего обжига; спекание или сплавление.
7 лекция. Выщелачивание. Термодинамика и кинетика выщелачивания.
8
лекция.
Выщелачивающие
реагенты.
Окислительновосстановительный потенциал при выщелачивании. Применяемые
окислители. Автоклавное выщелачивание.
9 лекция. Технологический режим выщелачивания. Аппаратурное
оформление процесса выщелачивания.
10 лекция. Кучное и подземное выщелачивание.
11 лекция. Разделение твердой и жидкой фаз. Сгущение, фильтрация.
12 лекция. Химическое осаждение редких металлов из кислых и
карбонатных растворов. Фракционное осаждение пероксидов, гидроксидов,
фосфатов. Условия получения крупнокристаллических осадков.
13 лекция. Применение ионообменных процессов для извлечения редких
металлов из растворов (пульп).
14 лекция. Извлечение урана из кислых растворов катионитами и
анионитами.
15 лекция.
Извлечение урана из карбонатных
растворов
сильноосновными анионитами.
16 лекция. Аппаратура для ионообменого извлечения урана из растворов
и пульп.
17 лекция. Катионообменная экстракция, анионообменная экстракция,
экстракция с образованием донорно-акцепторных связей.
18 лекция. Технологические схемы, экстракции с применением
алкилфосфатов и алкиламинов.
19 лекция. Аппаратура экстракционных процессов.
20 лекция. Методы аффинажа. Экстракционный аффинаж.
21 лекция. Осадительные методы аффинажа.
22 лекция. Получение металлического урана.
4.3 Распределение компетенций по разделам дисциплины
Таблица 2.
Распределение по разделам дисциплины планируемых результатов обучения
№
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Формируемые
компетенции
З.1.1
З.1.2.
З.1.3.
З.1.4.
З.1.5.
З.1.6.
У.1.1.
У.1.2.
У.1.3.
1
+
+
+
+
+
+
2
+
+
+
+
+
+
3
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Разделы дисциплины
4
5
6
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
7
+
+
+
+
+
+
8
+
+
+
+
+
+
9
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
У.1.4.
У.1.5.
У.1.6.
У.1.7.
В.1.1.
В.1.2.
В.1.3.
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
5. Образовательные технологии
При освоении дисциплины используются следующие сочетания видов
учебной работы с методами и формами активизации познавательной
деятельности магистрантов для достижения запланированных результатов
обучения и формирования компетенций.
Методы и формы
активизации деятельности
Дискуссия
IT-методы
Командная работа
Разбор кейсов
Опережающая СРС
Индивидуальное обучение
Проблемное обучение
Обучение на основе опыта
ЛК
х
х
х
Виды учебной деятельности
ЛБ
СРС
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
Для достижения поставленных целей преподавания дисциплины
реализуются следующие средства, способы и организационные мероприятия:
 изучение теоретического материала дисциплины на лекциях с
использованием компьютерных технологий;
 самостоятельное изучение теоретического материала дисциплины с
использованием Internet-ресурсов, информационных баз, методических
разработок, специальной учебной и научной литературы;
 закрепление теоретического материала при проведении лабораторных
работ с использованием учебного и научного оборудования и приборов.
6. 6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной
работы студентов (CРC)
6.1 Текущая и опережающая СРС, направленная на углубление и
закрепление знаний, а также развитие практических умений заключается в:
 работе инженеров с лекционным материалом, поиск и анализ литературы и
электронных источников информации по заданной проблеме и выбранной
теме магистерской диссертации,
 выполнении домашних заданий,
 переводе материалов из тематических информационных ресурсов с
иностранных языков,
 изучении тем, вынесенных на самостоятельную проработку,
 изучении теоретического материала к лабораторным занятиям,
 изучении инструкций к приборам и подготовке к выполнению
лабораторных работ,
 подготовке к экзамену.
6.1.1. Темы, выносимые на самостоятельную проработку:
Уран-плутониевый и торий-урановый циклы, цепочки деления под
действием тепловых нейтронов ядер урана, плутония и тория.
Ядерные, физические и химические характеристики делящихся 235U,
233
U, 239Pu и воспроизводящих ядер 238U и 232Th.
Классификация ядерного топлива по происхождению: природное
урановое, содержащее делящиеся ядра 235U, а также сырье 238U, способное
образовать 239Pu; искусственное топливо, содержащее ядра плутония 239Pu,
получаемые при захвате нейтрона ядрами 238U, а также изотопы 233U,
образующиеся при захвате нейтрона ядрами тория 232Th.
Классификация ядерного топлива по химическому составу:
металлическое; оксидное; МОХ- топливо; карбидное; нитридное;
дисперсное.
Сравнение свойств металлического и керамического уранового топлива.
Молекулярно-кинетические методы изотопического обогащения урана.
Физико-химические процессы получения и свойства различных видов
уранового топлива.
Физико-химические процессы при облучении ядерного топлива.
Физико-химические процессы переработки облученного ядерного
топлива.
6.2. Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа
(ТСР) направлена на развитие интеллектуальных умений, комплекса
универсальных (общекультурных) и профессиональных компетенций,
повышение творческого потенциала магистрантов и заключается в:
 поиске, анализе, структурировании и презентации информации, анализе
научных публикаций по определенной теме исследований,
 анализе статистических и фактических материалов по заданной теме,
проведении расчетов, составлении схем и моделей на основе статистических
материалов,
 выполнении расчетно-графических работ,
 исследовательской работе и участии в научных студенческих
конференциях, семинарах и олимпиадах,
6.2.1. Примерный перечень научных проблем и направлений научных
исследований:
Современные тенденции развития методов выщелачивания природного
урана.
Улавливание и доизвлечение урана из маточных растворов.
Требования к получаемому природному урану и регулирование его
свойств.
7. Средства текущей и итоговой оценки качества освоения дисциплины
(фонд оценочных средств)
Средства оценки текущей успеваемости и промежуточной аттестации
студентов:
Присутствие на лекции,
Конспект лекций,
Конспект материала по самостоятельной работе,
Реферат,
Контрольные работы,
Экзамен.
7.1 Требования к содержанию экзаменационных вопросов
Экзаменационные билеты включают три типа заданий:
1. Теоретический вопрос.
2. Проблемный вопрос или расчетная задача.
3. Творческое проблемно-ориентированное задание.
7.2. Примеры экзаменационных вопросов
1. Термодинамика процесса выщелачивания урана.
2. Урановые минералы.
3. Экстракционный аффинаж урана.
8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
Основная литература
1.
Тураев Н. С. Химия и технология урана. М.: Руда и металлы, 2006.396с.
2.
Вольдман Г. М. Теория гидрометаллургических процессов: учебное
пособие для вузов - М. : Интермет Инжиниринг, 2003. - 464с.
3.
Подземное и кучное выщелачивание урана, золота и других металлов:
под ред. М. И. Фазлуллина. - М. : Руда и металлы, 2005. – 407с.
4.
Медведев А. С. Выщелачивание и способы его интенсификации. - М.:
МИСиС, 2005. - 240с.
5.
Зеликман А. Н. Металлургия редких металлов: учебное пособие. - М.:
Металлургия, 1991. - 431с.
6.
Липатников Г. А. Основы ядерной энергетики: учебное пособие
Дальневосточный государственный технический университет: Изд-во ДГТУ,
2004. - 124 с.
Вспомогательная литература
1.
Добыча урана методом подземного выщелачивания/ Под ред. В. А.
Мамилова. - М.: Атомиздат, 1980. - 248 с.
2.
Чекмарев А. М. Химия, ядерная энергетика и устойчивое развитие - М.:
Академкнига, 2006. - 288с.
3.
Набойченко С. С. Практикум по гидрометаллургии: учебное пособие
для вузов. - М.: Металлургия, 1992. - 336 с.
4.
Раков Э. Г. Процессы и аппараты радиоактивных и редких металлов:М.: Металлургия, 1993. - 384с.
5.
Гидрометаллургическая переработка уранорудного сырья / под ред. Д.
И. Скороварова. - М.: Атомиздат, 1979. - 280с.
Интернет-ресурсы:
http://profbeckman.narod.ru/Uran.htm- учебное пособие к курсам лекций
ЯДЕРНАЯ ИНДУСТРИЯ и РАДИОХИМИЯ.
http://www.atomworld.ru/dobycha_urana.htm- сайт посвященный вопросам
ядерного топливного цикла.
http://profbeckman.narod.ru/RH0.files/21_3.pdf-пособие - информация по
способам добычи природного урана.
9. Материально-техническое обеспечение дисциплины
: презентации.
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с
требованиями ФГОС по направлению и профилю подготовки специалист,
240501 «Химическая технология материалов современной энергетики».
Программа одобрена на заседании
Кафедры ХТРЭ ФТИ ТПУ
(протокол № ____ от «___» _______ 20___ г.).
Автор доцент каф. ХТРЭ Егоров Н.Б.
Рецензент профессор каф. ХТРЭ Дьяченко А.Н.