Г. М. Заборцев 2, А. Б. Александров 3, А. Л. Хлытин 3 1 ОАО «Новосибирский «внипиэт», 2 ООО нпц «эйдос», Новосибирск, 3 ОАО «нзхк», Новосибирск Задача



Скачать 153,54 Kb.
Дата31.07.2017
Размер153,54 Kb.
СЕЛЕКТИВНОЕ ИЗВЛЕЧЕНИЕ УРАНА ИЗ СЛОЖНЫХ СОЛЕВЫХ СИСТЕМ НА НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОРБЕНТАХ
Ю. В. Островский1, Г. М. Заборцев2, А. Б. Александров3, А. Л. Хлытин3

1) ОАО «Новосибирский «ВНИПИЭТ», 2) ООО НПЦ «ЭЙДОС», Новосибирск,

3) ОАО «НЗХК», Новосибирск
Задача доизвлечения урана из жидких радиоактивных отходов (ЖРО), образующихся в процессе экстракционного аффинажа урана со степенью обогащения >1%, является одной из актуальных проблем урановых производств.

Для радикального снижения содержания урана в технологических растворах и перевода их в разряд нерадиоактивных отходов перспективно применение ионоселективной сорбции неорганическими сорбентами, обладающими высокой селективностью, термической и химической устойчивостью [1,2].

В данной работе представлены результаты исследование процесса извлечения урана сорбентами «Термоксид» из технологических растворов экстракционного аффинажа урана  экстракционных рафинатов и аммиачных маточных растворов.

В экспериментах использовали модельные экстракционные рафинаты и аммиачные маточные растворы ОАО «НЗХК» (см табл. 1). Для снижения кислотности и солесодержания экстракционных рафинатов проводили их карбамидную денитрацию [3].

Сорбцию урана исследовали в диапазоне pH = 1,5-3,5 поскольку при значении рН < 1,5 превалирует процесс десорбции, а рН > 3,5 уран гидролизуется и выпадает в осадок.

В исследованиях использовали сорбенты «Термоксид» марок Т-5, Т-52 и Т-3А. Характеристики сорбентов соответствуют данным, приведенным в работе [4]. Подготовку сорбентов к испытанию проводили по ГОСТ 10896-78.



Таблица 1 – Составы модельных растворов

Компонент раствора

Экстракционные рафинаты

Аммиачный маточный раствор

№ 1

№ 2

№ 3

HNO3, г/л

150-200

150-200

150-200

-

Al3+, г/л

-

30

30

-

F-, г/л

-

-

45

-

NH4NO3, г/л

10

30

30

50

NH4OH, г/л

-

-

-

10

Экстрагент, %

1

1

1

-

U*, мг/л

≤ 5

≤ 5

≤ 5

≤ 5

Исследование процесса сорбции урана статическим методом проводили в соответствии с ГОСТ 20255.1-99. Раствор с порцией сорбента «Термоксид» (соотношение сорбент: раствор = 1 : 500) перемешивали в аппарате «АВУ-6С» в течение 24 часов. По окончании обработки сорбент отделяли на фильтре и отбирали пробу раствора для анализа на содержание урана.
По результатам анализов рассчитывали статическую обменную емкость (СОЕ) и обрабатывали полученные результаты по уравнению Фрейндлиха [5]:

,

где: ae – равновесная адсорбция иона (уранил-) на сорбенте (СОЕ, моль/г), Сe – равновесная концентрация иона (уранил-) (моль/л), 1/n и К – константы Фрейндлиха.

Исследование процесса сорбции динамическим методом проводилось в соответствии с рекомендациями ГОСТ 20255.2-99. Расход раствора через колонку составлял ~ 70 колоночных объемов в час (ч-1), соотношение объемов очищаемой воды и сорбента в эксперименте  500700 : 1. Десорбцию урана проводили 1N раствором HNO3.

На основе полученных данных рассчитывали динамическую обменную емкость (ДОЕ) сорбента по урану и степень десорбции. Степень использования адсорбционной емкости слоя определяли из соотношения общей высоты слоя сорбента и высоты работающего слоя, рассчитанного по формуле Майклса-Трейбла [5].

Согласно экспериментальным данным, статическая обменная емкость сорбентов «Термоксид» по урану зависит от рН раствора, оптимальное значение рН в исследованном диапазоне – 3,5; присутствие в растворе продуктов карбамидной денитрации (мочевины и нитрата мочевины) несколько снижает статическую обменную емкость сорбентов.

Были получены изотермы сорбции урана в интервале равновесных концентраций 0,051000 мг/л при температурах 15 C и 25 C. Результаты экспериментов приведены на рис. 1.



Рисунок 1 – Изотерма сорбции урана на сорбенте Т-3А

1  при t = 25 C из рафината № 2 при рН = 1,91;

2  при t = 15 ºС из рафината № 3 при рН = 3,5

Присутствие нитрата алюминия в рафинате № 2 (суммарное содержание загрязняющих веществ ~ 420 г/л, рост на 260 г/л против рафината № 1) резко снижает показатели сорбции урана.

Для аммиачного маточного раствора (суммарное содержание загрязняющих веществ ~ 60 г/л) максимальные показатели сорбции урана достигнуты на сорбенте Т-5 (см. рис. 2).


Рисунок 2 – Изотермы сорбции урана на сорбентах Т-3А, Т-52 и Т-5

при t = 25 ºС из аммиачного маточного раствора при рН = 3,5
Результаты сорбции урана на сорбентах «Термоксид» из экстракционных рафинатов и аммиачного маточного раствора в статических условиях проанализированы с использованием уравнения Фрейндлиха представлены в табл. 2

Таблица 2 – Показатели сорбции уранил-иона на сорбентах «Термоксид» по

уравнению Фрейндлиха

Марка сорбента

Раствор

K

1/n

Т-5

Смесь гидратированных оксидов Ti (93%) и Zr (7%)

Рафинат № 1

0,06698

0,66197

Рафинат № 2

0,03287

0,92899

Т-3А

Гидратированный гидрофос-фат циркония

Рафинат № 1

0,00083

0,23638

Т-3А



Аммиачный маточный раствор



0,00100

0,28103

Т-52

Смесь гидратированных оксидов Ti (75%) и Zr (25 %)

0,00103

0,12821

Т-5




0,00692

0,29155

Из данных, приведенных в табл. 2, следует, что уравнение Фрейндлиха, удовлетворительно описывает экспериментальные данные. Величина показателя степени 1/n  на уровне значений, полученных для систем типа морской воды с общим солесодержанием до 40 г/л. Относительно высокая величина K показывает высокое сродство урана по отношению к сорбентам «Термоксид».

Динамическая обменная емкость сорбента Т-3А по урану из рафината № 1 составила 2,7 мг/г, степень десорбции  92,2 %, степень использования адсорбционной емкости слоя достигает 84 %.

Важным показателем адсорбционного процесса является возможность использования отработанного сорбента. Исследование динамических показателей сорбции урана на Т-3А при t = 25 ºС из аммиачного маточного раствора при рН = 3,5 и исходной СU = 15 мг/л в течение 5-х циклов показало, что эффективность работы системы очистки не ухудшилась.

При этом визуально не обнаружено разрушения гранул сорбента, что подтверждает его высокую стойкость. Результаты испытаний подтвердили высокую селективность и хорошие динамические характеристики сорбентов «Термоксид».

Таким образом, исследование процесса сорбции урана из экстракционных рафинатов и аммиачных маточных растворов в статических и динамических условиях позволяет заключить, что на неорганических сорбентах «Термоксид» можно достаточно эффективно проводить доочистку технологических растворов от урана.


Список литературы:

  1. Малых Т. Г., Шарыгин Л. М.., Гончар В. Ф. Свойства сорбента Термоксид-5 для извлечения урана // Радиохимия. 1983. № 5. С. 572-575.

  2. Шарыгин Л. М., Муромский А. Е. Неорганический сорбент для ионоселективной очистки жидких радиоактивных отходов // Радиохимия. 2004. Т. 46, № 2. С. 171-175.

  3. Островский Ю. В., Заборцев Г. М., Шпак А. А. и др. Карбамидная денитрация азотнокислых экстракционных рафинатов // Радиохимия. 2004. Т. 46, № 3. С. 232-235.

  4. Шарыгин Л. М., Моисеев В. Е., Пышкин В. П. и др. Синтез фосфатов циркония, титана и олова золь-гель методом и исследование их свойств. // Изв. АН СССР. Неорганические материалы. 1983. Т. 19, № 11. С. 1899-1902.

  5. Кельцев Н. В. Основы адсорбционной техники. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Химия, 1984. С. 170.


Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©grazit.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница