CC BY
23
№ 2 (107)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
февраль, 2023 г.
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
ИССЛЕДОВАНИЯ ПОВЕДЕНИЯ КРЕМНЕЗЕМА И ОРГАНИКИ В ПРОДУКТИВНЫХ РАСТВОРАХ ПОДЗЕМНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ УРАНА И ИХ ВЛИЯНИЯ НА ПРОЦЕСС СОРБЦИИ УРАНА
Аликулов Шухрат Шарофович
д-р техн. наук, проректор, Навоийский государственный горно-технологический университет,
Республика Узбекистан, г. Навои
Курбанов Машхур Амонович
д-р филос.,
Навоийский государственный горно-технологический университет,
Республика Узбекистан, г. Навои E-mail: mashkhur. kurbanov@mail. ru
Шарафутдинов Улугбек Зиятович
д-р техн. наук, доцент, АО «Навоийский горно-металлургический комбинат», Республика Узбекистан, г. Навои E-mail: u. sharafutdinov@ngmk. uz
Ражаббоев Ибодулла Муродуллаевич
канд. техн. наук, доцент, Навоийский государственный горно-технологический университет,
Республика Узбекистан, г. Навои E-mail: jahon. gir2015@mail. ru
Юлдашев Шохрух Шоназар угли
докторант,
Навоийский филиал академия наук Республике Узбекистан,
Республика Узбекистан, г. Навои E-mail: mryuldashevshohruh@gmail. com
STUDIES OF THE BEHAVIOR OF SILICA AND ORGANICS IN PRODUCTIVE SOLUTIONS OF UNDERGROUND URANIUM LEACHING AND THEIR EFFECT ON THE PROCESS OF URANIUM SORPTION
Shuxrat Aliqulov
Doctor of Technical Sciences, vice-rector ofNavoi state university of mines and tecnologies, Republic of Uzbekistan, Navoi
Mashxur Kurbanov
Doctor of philosophy, Navoi state university of mines and tecnologies, Republic of Uzbekistan, Navoi
Ulugbek Sharafutdinov
Doctor of Technical Sciences, «Navoi Mining and Metallurgical Company» JSC, Republic of Uzbekistan, Navoi
Библиографическое описание: ИССЛЕДОВАНИЯ ПОВЕДЕНИЯ КРЕМНЕЗЕМА И ОРГАНИКИ В ПРОДУКТИВНЫХ РАСТВОРАХ ПОДЗЕМНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ УРАНА И ИХ ВЛИЯНИЯ НА ПРОЦЕСС СОРБЦИИ УРАНА // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Аликулов Ш.Ш. [и др.]. 2023. 2(107). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/15065
kuNiVERSUM:
№2(107)_i_' ; ™_Февраль. 2023 г.
Ibodulla Rajabboev
Doctor of philosophy, Navoi state university of mines and tecnologies, Republic of Uzbekistan, Navoi
Shohruh Yuldashev
Basic doctoral student,
Navoi branch of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan,
Republic of Uzbekistan, Navoi
АННОТАЦИЯ
Проблема влияния кремния и органики, содержащихся в урановых рудах, на процессы подземное выщелачивание (ПВ) является одной из тонких задач технологии урана. Несмотря на имеющиеся многочисленные исследования, данная проблема все еще остается в числе до конца не решеных. Проведенные исследования нами показалось, в качестве соосадителя кремния возможно использовать железо, которое присутствует в продуктивном растворе. Для увеличения поглотительной ёмкости было решено перевести двухвалентное железо в трехвалентное. В качестве окислителя можно использовать перекись водорода, хотя в сложных солевых растворах и при низких значениях рН, перекись водорода проявляет как окислительные, так восстановительные свойства. Опыты по осаждению проводили реальном продуктивном растворе.
ABSTRACT
The problem of the influence of silicon and organics contained in uranium ores on the processes of underground leaching (UL) is one of the subtle tasks of uranium technology. Despite the numerous studies available, this problem still remains among the not completely solved ones. Our research has shown that it is possible to use iron, which is present in the productive solution, as a silicon co-settler. To increase the absorption capacity, it was decided to convert divalent iron into trivalent iron. Hydrogen peroxide can be used as an oxidizer, although in complex salt solutions and at low pH values, hydrogen peroxide exhibits both oxidizing and reducing properties. Precipitation experiments were carried out in a real productive solution.
Ключевые слова: уран, подземное выщелачивание, кремнезем, перекись водорода, сорбент, гидроксида железа, осаждение.
Keywords: uranium, underground leaching, silica, hydrogen peroxide, sorbent, iron hydroxide, precipitation.
Проблема влияния кремния и органики, содержащихся в урановых рудах, на процессы ПВ является одной из тонких задач технологии урана. Несмотря на имеющиеся многочисленные исследования, данная проблема все еще остается в числе до конца не решеных.
С другой стороны, имеются изученные факты того, что органика может не только мешать, но в ряде случаев интенсифицировать процессе подземного выщелачивания урана.
Исследования проводилось с целью поисков новых подходов к решению проблем, а именно -попытаться убрать кремнезем непосредственно из продуктивного раствора, чтобы исключить его вредное влияние на последующие переработки урана.
Настоящее время разных научных литературах ведутся многочисленные работы по интенсификации длительно текущих процессов выщелачивания, например, с помощью добавок различных окислителей [1].
Практически все экзогенные рудные месторождения сформированы на том или ином геохимическом барьере. В частности, урановая минерализация может формироваться на эвапорационном (испарительном), нейтрализационном, сорбционном и, наиболее часто -восстановительном барьере (или редокс-барьере), который принято делить на два подвида - глеевый и сероводородный.
Большинство [2] урановые месторождение, отрабатываемых методом ПВ, относятся к т. н. песчаниковому типу и формируются на редокс -барьере, относящееся к т.н. базальному виду, сформировано на глеевом барьере, а все остальные, относящиеся к ролловому типу - на комплексном глеево-сероводородном, значительная часть урана восстанавливается сероводородом, который является продуктом биохимического восстановления содержащихся в пластовых водах сульфат-ионов тем же УРД (т.н. реакция сульфатредукции). В числе прочих условий, необходимых для формирования кондиционного уранового оруденения, по данным, требуется содержание УРД в пласте в количестве не менее 0,05% в расчете на органический углерод (^рг). При этом концентрация урана практически на всех песчаниковых месторождениях РУ сопоставима с концентрацией ^рг.
На чисто глеевом барьере уран осаждается почти исключительно в форме ураноорганики, а минералы урана образуются главным образом в виде псевдоморфоз после полного разложения ее органической составляющей, тогда как под действием сероводорода происходит прямое осаждение урана из подземных вод в форме коффинита U(SiO4)l-x(OH)4x и настурана UO2+x.
№ 2 (107)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
февраль, 2023 г.
Таким образом, органика, присутствующая в составе ПР при ПВ урана, представляет собой смесь ГК, ФК, СГК и их солей. Рассмотрим, какое влияние оказывают эти вещества на процесс ПСВ и после -дующие переделы [3].
В результате исследований, проведенных ИВТ, были разработаны различные способы модифицирования ЛСТ, резко повысившие его эффективность в качестве интенсификатора процесса ПСВ урана. Однако промышленного применения данный способ не нашел, поскольку выяснилось, что в последующих переделах ФК оказывает крайне негативное влияние, отравляя иониты. Объясняется это тем, что ГК и ФК сорбируются сильноосновными анионитами (эта способность, к примеру, используется при очистке природных вод от ГК и ФК, причем для многих ионитов сорбция эта лишь частично обратима, т.е. механизм сорбции, судя по всему, сильно отличается от ионообменного. Более того, сорбированные на анионите ФК способны, в свою очередь, сорбировать цветные металлы (в частности, Fe3+), причем большей частью
гидратация
необратимо. Так, десорбировать раствором N^0 с зафиксированных на анионите ФК удается не более 18% от общего количества сорбированного Fe3+ По этой причине было решено отказаться от промышленного внедрения ФК на «Далматовском» [4].
Негативное влияние ФК не ограничивается отравлением ионита: та часть ФК, которая способна десорбироваться с ионита, при экстракции вызывает образование гелеобразной коллоидной «межфазной взвеси» (т.н. «бороды», или «3й фазы»). Известно, что ЛСТ сорбируется на ионитах обратимо (причем как на анионитах, так и на катионитах), поэтому его применение не приводит к риску их отравления.
Растворение и осаждение кремнезема в воде предполагает наличие химических реакций гидратации и дегидратации, катализируемых ионами гид-роксила:
(SiO2)x+2H2O
(SiO2)x-1+Si(OH)4
(1)
дегидратация
Поэтому растворимость кремнезема в воде зависит от состава донной фазы и определяется теплотой гидратации: при 25'°С над частично гидратирован-ным аморфным кремнеземом она составляет 100^130 мг/л (в зависимости от степени гидратации), над безводным аморфным кремнеземом (кварцевым стеклом) - 70 мг/л, тогда как над кристаллическим кварцем - всего 6 мг/л. Согласно данным, тепловой эффект реакций гидратации кремнезема равен:
81(ОН}4 = 8Ю2 (кварц) + 2Н2О + 22,84 кДж (2)
81(ОН)4 = 8Ю2 (аморф.) + 2ШО + 15,51 кДж (3)
Рассмотрим, как влияет кремнезем на процесс выщелачивания урана при ПСВ и последующие переделы. Основными урановыми минералами ролло-вых месторождений являются настуран и коффинит, которые при ПСВ урана выщелачиваются серной кислотой в присутствии окислителя - сульфата железа (3+), по уравнениям:
ИО2+Х + х Ш8О4 + (1-х) Fe2(SO4)з =
ИО28О4 + (2-2х) FeSO4 + х Н2О (4)
и^Ю4)ьх(ОН)4х + Fe2(SO4)з = UO2SO4 + 2FeSO4 + (1-х^Ю4 + 2х Н2О (5)
Очевидно, что на протекание реакции (4) присутствие в растворе ОКК никак не влияет, а вот на протекание реакции (5) влияет очень сильно: согласно принципу Ле Шателье - Брауна, повышение концентрации ОКК в ПР приводит к снижению скорости выщелачивания урана из коффинита [5].
Проведенные исследования нами показалось, в качестве соосадителя кремния возможно использовать железо, которое присутствует в продуктивном растворе. Для увеличения поглотительной ёмкости было решено перевести двухвалентное железо в трехвалентное. В качестве окислителя можно использовать перекись водорода, хотя в сложных солевых растворах и при низких значениях рН, перекись водорода проявляет как окислительные, так восстановительные свойства. Опыты по осаждению проводили реальном продуктивном растворе.
Соосаждение кремния с гидроксидом железа провели с предварительным добавлением в раствор перекиси водорода, для увеличения доли трехвалентного железа. Объем исходного раствора составлял 5,0 мл, продолжительность осаждения до фильтрации 30 минут. В табл. 1 представлены результаты по соосаждению кремния и урана, а в табл. 2 изменение содержания основных компонентов.
Так как при добавлении раствора щелочи происходит резкое изменение рН провели титрование ПР. В качестве титранта использовали раствор гидроксида калия концентрации 10 и 100 мг/л, который порционно приливали к 50 мл ПР. Кривые титрования представлены на рисунке 6. В один из растворов перед титрованием добавили концентрированную перекись водорода (рисунок 1 в). В ходе титрования отбиралась проба для определения концентрации элементов [6].
Из рисунков видно, что раствором щелочи с концентраций 100 мг/л удобно контролировать рН продуктивного раствора и проводить соосаждение кремния с гидроксидом железа и марганца. При данных значениях рН степень удаления кремния и урана увеличивается при увеличении количества осажденного марганца железа [7].
№ 2 (107)
А1
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
февраль, 2023 г.
Степень очистки раствора от элемента, %
Элемент A. B. C. D. E. F. G. H.
Na -4,9 3,9 5,8 3,1 2,7 1,1 28,8 31,1
Mg 73,8 72,8 75,4 72,9 70,1 77,9 54,3 55,3
Al 99,9 99,9 99,9 99,9 99,9 100,0 99,8 100,0
P 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0
K - - - - - - 6,6 20,6
Ca 37,4 41,6 38,4 29,7 31,0 40,4 29,0 27,8
Mn 98,3 99,1 99,6 99,6 99,6 99,8 99,0 99,4
Fe 79,1 95,0 98,0 98,2 98,5 99,4 98,9 99,0
Co 93,6 94,6 94,8 94,8 94,8 94,9 93,3 92,7
Ni 58,8 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0
Cu 73,1 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0
Zn 97,2 97,1 96,5 100,0 99,8 90,6 100,0 100,0
Sr 27,7 34,9 36,4 34,7 36,1 38,3 32,0 32,7
Re 90,1 91,1 91,9 91,8 91,8 92,0 91,4 91,7
U 99,0 99,7 99,8 99,8 99,8 99,8 99,9 99,9
Si 91,6 96,8 97,1 98,2 98,7 97,9 95,7 96,0
Таблица 2.
Степень очистки раствора от элемента, %
D.
E.
F.
G.
H.
3,1
2,7
1,1
28,8
31,1
72,9
70,1
77,9
54,3
55,3
99,9
99,9
100,0
99,8
100,0
100,0
100,0
100,0
100,0
100,0
100,0
100,0
100,0
K
6,6
20,6
Ca
37,4
41,6
38,4
29,7
31,0
40,4
29,0
27,8
Mn
98,3
99,1
99,6
99,6
99,6
99,8
99,0
99,4
Fe
79,1
95,0
98,0
98,2
98,5
99,4
98,9
99,0
Co
93,6
94,6
94,8
94,8
94,8
94,9
93,3
92,7
Ni
58,8
100,0
100,0
100,0
100,0
100,0
100,0
100,0
Cu
73,1
100,0
100,0
100,0
100,0
100,0
100,0
100,0
Zn
97,2
97,1
96,5
100,0
99,8
90,6
100,0
100,0
Sr
27,7
34,9
36,4
34,7
36,1
38,3
32,0
32,7
Re
90,1
91,1
91,9
91,8
91,8
92,0
91,4
91,7
U
99,0
99,7
99,8
99,8
99,8
99,8
99,9
99,9
Si
91,6
96,8
97,1
98,2
98,7
97,9
95,7
96,0
3, 43, 23, 02,82,62,42,220-
Сон = 10 мг/л
/
ш-и-и-Ш-Ш^/
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
V KOH, мл
44
40-
36-
3 2-
2 8-
2 4
2 0
скон = 100 мг/л
■
У
0 0 0 4 0
1 2 1 6 2 0 2 4 2 8 3 2
VKOH мл
P
а
б
№ 2 (107)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
февраль, 2023 г.
4,0
3,6
3,2
2,8
2,4
2,0
0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8
Рисунок 1. Кривые титрования ПР раствором щелочи: а, б - 50 мл ПР, в - 50 мл ПР + 5 мл H2O2 (38.8%)
Таблица 3.
Осаждение кремния комплексообразующими веществами (рН 2)
С = 100 мг/л
в
V™H> мл
рН раствора
2,24 2,43 2,63 3,03 3,19
Элемент Степень очистки раствора от элемента, %
Na 9,1 16,7 10,4 18,4 22,8
Mg 12,4 20,7 20,3 24,2 33,1
Al 11,8 21,4 21,9 23,1 35,9
Ca 11,9 9,0 13,8 21,7 17,9
Mn 13,6 21,5 22,9 25,5 33,6
Fe 18,8 16,0 17,6 - 31,7
Co 11,3 16,8 19,2 20,6 30,2
Ni 16,7 21,4 23,8 24,0 38,1
Cu 53,6 40,8 50,6 34,7 73,0
Zn 25,2 25,2 32,1 23,0 40,1
Sr 11,1 16,9 17,9 20,7 31,3
U 12,2 18,3 18,3 21,2 41,2
Si 8,5 8,4 8,9 15,8 16,1
Таким образом, уран начинает соосаждаться быстрее и в большем количестве, чем кремний. В момент, когда достаточное количество кремния перейдет в осадок, уран уже будет весь соосажден. Подобный вариант может быть применен, если подобрать селективный растворитель для урана, тогда как кремний будет оставаться в осадке с железом и марганцем [8].
Вывод
Таким образом, на основе существующих и новых методов возможно создание эффективных решений для совершенствования технологии ПСВ урана за счет более тонкого управления составами продуктивных и выщелачивающих растворов, с упором на регулирование содержаний кремния и органики в ПР и ВР.
При использовании этих решений в промышленной практике это может существенно интенсифицировать процессы ПСВ урана.
Список литературы:
1. Афанасьев Г.В., Миронов Ю.Б., Пинский Э.М. Новые аспекты формирования урановых месторождений песчаникового типа // Региональная геология и металлогения, № 59, 2014, с.89-96.
2. Батыршаева Г.С., Полиновский К.Д. и др., К вопросу о механизме интенсифицирующего воздействия лигно-сульфоната и фульвеновых кислот на процесс подземного скважинного и кучного выщелачивания урана // Сборник докладов 1У-й Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы урановой промышленности», Алматы, 19-21 сентября 2006 г., с.193-197.
№ 2 (107)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
февраль, 2023 г.
3. Мырзакулова Х.Д., Разуваева Т.В., Умбеткулова М.У., Дуйсебаев Б.О., Пирматов Э.А. Применение высших спиртов для снижения образования эмульсии в процессах экстракции урана из сернокислых сред // Горный информационно-аналитический бюллетень. Т.15, 2009, №12, с. 387-391
4. Отчёт о НИР по теме «Научно-технологическое сопровождение внедрения процесса ПСВ урана с применением перекиси водорода в качестве окислителя» (договор №27-БД-8 от 07.03.2008 г.). ТОО «ИВТ», Алматы, 2009.
5. Ражаббоев И.М., Шарафутдинов У.З., Остонов О.И., Нурмуротова Ш.О. Исследования влияния хлорид-ионов в процессе сорбции и десорбции урана // Universum: технические науки. - Москва, 2021. - № 3. - С. 64-67 (02.00.00; №1).
6. Шарафутдинов У.З., Ражаббоев И.М., Дониев Ф.Ф., Остонова Ф.И. Уранни ер остида танлаб эритишда кулланиладиган катронларга паст хдроратни таъсирини тадкик килиш // Узбекистан кончилик хабарномаси. -Навоий, 2021. - №2. - 108-110 б. (04.00.00; № 3).
7. Музафаров А.М., Кулматов Р.А., Ражаббоев И.М., Ёкубов О.М. Способ дезактивации загрязненных почв участков подземного выщелачивания урана // Горный информационно-аналитический бюллетень. - Москва, 2021. - № 3-1. - С. 119-126 (04.00.00. №15).
8. Шарипов Х.Т., Шарафутдинов У.З., Ражаббоев И.М. Современные требования к контролю природных вод по радиационным признакам // Экологический вестник Узбекистана. - Ташкент, 2017. - №1. - С. 26-28 (04.00.00; № 1).
