К вопросу подбора анионита для сорбции молибдена из урансодержащих растворов
В связи с тем, что среда карбонатных урансодержащих растворов щелочная, то извлечение урана и молибдена из данных растворов осуществляется только сильноосновными анионитами [1]. Повышение извлечения молибдена в товарный десорбат возможно при подборе ионита, обладающего лучшими сорбционными свойствами по молибдену, без снижения показателей по урану.
Подбор сорбента, обладающего повышенной селективностью к молибдену осуществлялся на промышленных урансодержащих растворах в условиях ГМЗ ТОО «СГХК» (г. Степногорск).
В процессе работы были проведены исследования кинетики извлечения молибдена и урана в статическом режиме в сравнении с Purolite A-500 U/ 2788 (ионит, применяемый в настоящее время на ГМЗ) следующими сильноосновными сорбентами: Purolite PFA 600/4740, Bayer Lewatit K 6362, Bayer Lewatit OC 1950, Bayer Lewatit K 6367, Ambersep 920, Amberlite IRA 910, D 231 B-II, D 231 YT, Purolite S 920, Purolite S 924, Purolite S 950. По результатам исследований рассчитаны кинетические параметры сорбции. Установлено, что для всех исследуемых сорбентов в первую очередь отмечается активная сорбция молибдена (от 0,45 до 2,0 часов). Однако далее молибдат- ион вытесняется с ионита большим по размеру триуранилкарбонатным комплексом, имеющим заряд -4 и высокое сродство к анионитам.
Проведение сорбционных исследований макропористых сорбентов из маточника сорбции и карбонатных растворов ГМЗ ТОО «СГХК» осуществлялось в течение 0,5; 1; 1,5; 2; 4; 6 и 24 часов. Контейнеры с ионитами помещались непосредственно в желоб сгустителей.
С целью возможности извлечения молибдена из хвостов урановой сорбции были проведены исследования сорбционных характеристик имеющихся образцов ионитов (Purolite A-500 U/2788, Ambersep 920, Amberlitе IRA 910, Purolite S 920, Purolite S 924, Purolite S 950) на реальном производственном растворе хвостового сгустителя Ц-50.
На рис. 1-3 представлены кинетические кривые сорбции урана и молибдена. Анализ рис. 1 показал, что на маточнике урановой сорбции для всех сорбентов вначале активно идет сорбция урана (до 1,5 часа), а после он вытесняется молибденом. При этом емкость исследуемых сорбентов по урану до 1,5 часа сорбции составляет 0,03 - 0,094 %, а после 2-х часов сорбции - от 0,02 до 0,047 %.
0,12
0,11
0,1
Содержаниеуранавсмоле, %
0,09
0,08
0,07
0,06
0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Рис. 1. Кинетические кривые сорбции урана из хвостового сгустителя (г/л: U–0,001; Мо–0,02; Cl–1,42;
Время контакта, час
А-500 Am-920 IRA-910
Na2CO3 -1,6; NaHCO3- 3,4)
Рис. 2. Кинетические кривые сорбции молибдена
из хвостового сгустителя
(г/л: U–0,001; Мо–0,02; Cl–1,42; Na2CO3 -1,6; NaHCO3- 3,4)
0,13
0,12
0,11
ть анионитов по молибдену,
0,1
0,09
0,08
0,07
0,06
0,05
0,04
0,03
с о к
м Е
0,02
0,01
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Время контакта, час
А-500 Am-920 IRA-910
Из анализа рис. 2 следует, что равновесие на всех смолах по молибдену достигается от 2 до 6 часов. При этом наилучшими кинетическими и емкостными характеристиками по молибдену обладает смола Purolite A-500 U/2788. Для всех исследуемых сорбентов емкость по молибдену составляет от 0,047 до 0,115 %. Наихудшие результаты по сорбции молибдена из маточника сорбции урана получены для смолы Ambersep 920. Однако данный сорбент в течение 1,5 часа насыщается молибденом до 0,082 %, а после уран начинает вытеснять его.
0,45
0,4
0,35
Емкостьанионита помолибдену,
0,3
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Рис. 3. Кинетические кривые сорбции
молибдена из маточника сорбции урана (г/л: U–0,002; Мо–0,052; Cl–1,42; Na CO -4,24; NaHCO - 6,3)
Продолжительность контакта, час
P. A-500 P. S 920 P. S-924 P. S-950
2 3 3
Анализ рис. 3 также показал, что равновесие по молибдену на всех смолах составляет от 2 до 6 часов. При этом емкость по молибдену для всех сорбентов составляет от 0,008 до 0,42 %. Наилучшими кинетическими и емкостными характеристиками по молибдену обладает смола Purolite A-500 U/2788, а наихудшие результаты по сорбции молибдена из маточника сорбции урана получены для смолы Purolite S 950.
Таким образом, на маточнике урановой сорбции вначале отмечена активная сорбция урана (до 1,5 часа), а далее уран вытесняется молибденом. Равновесие по молибдену на всех смолах достигается от 2 до 6 часов. При этом емкость по молибдену для всех сорбентов составляет от 0,008 до 0,42 %, а по урану после 2-х часов сорбции – от 0,02 до 0,047 %.
Из карбонатных растворов для всех сорбентов вначале активно осуществляется сорбция молибдена, а затем его вытесняет уран (после 2-х часов). Из всех исследуемых смол максимальная емкость по молибдену (0,45 %) была отмечена у Purolite A-500 U/2788 при его емкости по урану 5,33 %.
Для изучения закономерностей сорбции молибдена и урана из карбонатных растворов исследуемые образцы ионитов (Purolite A-500 U/2788, Purolite PFA 600/4740, Bayer Lewatit K 6362, Bayer Lewatit OC 1950 и Bayer Lewatit K 6367, Purolite S 920, Purolite S 924, Purolite S 950) помещались непосредственно в желоб сгустителя П-50 ГМЗ ТОО «СГХК».
На рис. 4-6 представлены кинетические кривые сорбции молибдена и урана, из анализа которых следует, что равновесие на всех смолах по молибдену достигается от 0,45 до 1,75 часа. При этом наилучшими кинетическими и емкостными характеристиками по молибдену обладает макропористая сильноосновная смола класса «А» Purolite A-500 U/2788. Наихудшие результаты по сорбции молибдена из карбонатного раствора получены для сорбента гелевой структуры Bayer- Lewatit K 6362.
Рис. 4. Кинетические кривые сорбции молибдена из карбонатного раствора
(г/л: U–0,339; Мо–0,04; Cl–0,64; Na2CO3-10,3; NaHCO3-6,14)
0,5
0,45
Емкость анионита по молибдену, %
0,4
0,35
0,3
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
Время контакта, час
Purolite A-500 PFA A-600 B.L. OC 1950 B.L. K 6362 B.L. K 6367
10
9
8
Емкость анионита по урану,
7
6
5
4
3
2
1
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
Время контакта, час
Purolite A-500 PFA A-600 B.L. OC 1950 B.L. K 6362 B.L. K 6367
Рис. 5. Кинетические кривые сорбции урана из карбонатного раствора
(г/л: U–0,339; Мо–0,04; Cl–0,64; Na2CO3- 10,3; NaHCO3-6,14)
Из анализа рис. 6 следует, что из карбонатных растворов анионитами Purolite S 920, Purolite S 924 и Purolite S 950 в течение 1,5 часа активно сорбируется молибден (до 0,36 %), однако далее его полностью вытесняет уран. При этом Purolite A-500 U/2788 обладает наилучшими емкостными характеристиками, так как после 6 часов сорбции отмечается стабильное насыщение по молибдену от 0,39 до 0,42 %.
0,45
0,4
0,35
либдена, %
0,3
0,25
о м
е и н а
ж р е д о С
0,2
0,15
Рис. 6. Кинетические кривые сорбции молибдена
из карбонатного раствора (г/л: U–0,152; Мо–0,113; Cl– 1,065; Na2CO3 -8,48; NaНCO3-12,18)
0,1
0,05
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Время контакта, час
P. A-500 P. S 920 P. S-924 P. S-950
Таким образом, при исследовании сорбционных свойств одиннадцати новых сорбентов было установлено, что наиболее эффективной для совместной сорбции молибдена и урана из карбонатных растворов является смола Purolite A-500. Изначально в условиях ГМЗ ТОО «СГХК» был технологически и экономически грамотно подобран сорбент Purolite A-500, обладающий наилучшими емкостными и кинетическими свойствами по извлечению урана и молибдена из карбонатных сред. При этом рациональнее проводить извлечение молибдена из растворов карбонатной сорбции со смолы Purolite A-500, насыщенной в течение 2-х часов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Тураев Н.С., Жерин И.И. Химия и технология урана: Учебное пособие для вузов – М.: ЦНИИатоминформ, 2005, С. 258.