CC BY
92
----------------------------------- © Б. О. Дуйсебаев, М. Кантбекулы,
М.П Копбаева, Е.Н. Панова,
2009
УДК 622.349.5
Б.О. Дуйсебаев, М. Кантбекулы, М.П. Копбаева,
Е.Н. Панова
КИНЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СОРБЦИОННО-ДЕСОРБЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ ИЗВЛЕЧЕНИЯ УРАНА ИЗ РАСТВОРОВ ПСВ ВЫСОКООСНОВНЫМИ АНИОНИТАМИ КЛАССА «В»
Семинар № 19
~ШЪ связи с реализацией задачи уве-
-Л-^личения объемов производства природного урана проводятся исследования по сокращению затрат на его добычу и переработку. В настоящей работе проанализирована возможность применения ионитов мелкого зернения для сорбции урана из продуктивных растворов подземного скважинного выщелачивания.
Промышленность изготавливает иониты нескольких классов крупности, из которых в гидрометаллургии в настоящее время используются, в основном, сорбенты класса «А». Вместе с тем, можно ожидать, что проведение ионного обмена на ионитах классов «Б» и «В» будет обладать некоторыми преимуществами, связанными с улучшением технико-экономических показателей ионообменного производства, интенсификацией процессов, уменьшением объема аппаратуры и единовременной загрузки ионита, сокращением капитальных затрат на строительство перерабатывающих комплексов.
Для исследования кинетических и емкостных характеристик ионитов в процессе сорбции урана в статическом режиме был выбран ряд сорбентов фирмы РигаШе (табл. 1), отличающихся по
гранулометрическому составу. Все сорбенты синтезированы на основе сополимера стирола и дивинилбензола, являются сильноосновными и имеют гелевую структуру (за исключением УБ-17/4, относящегося к макропористым).
Для определения технологических параметров 3 мл ионита помещали в сосуд, содержащий 3 л продуктивного раствора. Состав продуктивного раствора: урана - 113 мг/л, железа - 1,4 г/л, сульфатов - 25,4 г/л, кремния - 0,026 г/л. Раствор перемешивали с ионитом при комнатной температуре в течение заданного времени. После окончания перемешивания ионит отделяли и анализировали на содержание урана. Параллельно проводили анализ сорбента. Время контакта ионита с раствором составляло не менее 10 мин.
Кинетические кривые сорбции урана приведены на рис. 1. На основании полученных данных рассчитаны основные кинетические характеристики сорбционных процессов (табл. 2).
Как следует из данных рис. 1 и табл. 2, исследуемые сорбенты можно расположить в следующие ряды:
- по уменьшению кинетических параметров
- РРА-400 -04711 04712
-\ZS-W2 -УБ-17/4 -ХМ 2/130 -Ув-17/3
Время, Ч
УБ-17/3>ХМ2/13 0>У8-17/4>УБ-17/2>Б4711>Б4712>РРЛ-400;
- по уменьшению емкостных параметров
ХМ2/130>У8-17/3>УБ-17/2> Б4711>
Б4712> РРЛ-400>УБ-17/4.
Из полученных данных видно, что все испытанные иониты обладают более высокими емкостными характеристиками по урану по сравнению с применяемыми на сегодняшний день в производстве ионитами класса «А», за исключением смол марок РБЛ-400 (класс «Б») и УБ-17/4 (класс «В», макропористая). Уменьшение крупности зерна гелевых ионитов от 0,5 до 0,05 мм приводит к значительному повышению их емкости по урану.
С уменьшением крупности зерна как
Рис. 1. Кинетические кривые сорбции урана из раствора ПСВ
гелевых, так и макропористых
ионитов значительно возрастает кинетика сорбции урана. Так, если время достижения условного равновесия по урану у ионитов класса «А» составляет от 6 часов и выше, то у ионитов меньшего класса оно не превышает 1 часа.
Однако при крупности зерна менее 0,09 мм оседание ионитов в растворе протекает очень медленно (в 10 раз дольше, чем у ионитов с зернением более 0,2 мм), а при крупности 0,02 мм, как известно, ионит практически всегда находится во взвешенном состоянии. Кроме того, при использовании ионитов крупностью менее 0,09 мм значительно усложняются операции разделения твердой и жидкой фаз. Таким образом, наиболее приемлемыми для сорбции урана из растворов ПСВ по технологическим параметрам и крупности зерен следует считать сорбенты марок РигоШе Б4711 (0,1-0,3 мм) и РигоШе Б-4712 (0,2-0,4 мм).
Изучение сорбционных свойств в
Таблица 1
Некоторые физико-механические характеристики ионитов
№ Марка Класс крупн. Диаметр зерен основной фракции, мм Степень однородности, % Удельный объем, мл/г
1 РигоШе Б 4711 В -0,32+0,25 91 2,36
2 РигоШе Б 4712 В -0,25+0,2 82 2,18
3 РигоШе УБ-17/4 В -0,5+0,4 95 3,88
4 РигоШе УБ-17/3 микро -0,15+0,05 85 2,75
5 РигоШе УБ-17/2 микро -0,15+0,05 83 2,30
6 РигоШе ХМ2/130 микро -0,17+0,09 92 2,81
7 РигоШе РЕА-400 Б -0,7+0,5 89 2,43
Таблица 2
Кинетические характеристики сорбции урана из раствора ПСВ
Параметр РГЛ-400 04711 04712 У8-17/2 У8-17/3 У8-17/4 ХМ2/130
Время достижения условного равновесия 1^, ч 4,4 1,2 1,3 менее 0,5 менее 0,15 менее 0,3 менее 0,15
Емкость ионита при условном равновесии Ар, кг/м3 29,8 40,7 37,2 41,4 45,1 25,5 45,6
Коэффициент концентрирования ионита при Ар 269 357 324 363 398 200 403
Кинетический коэффициент сорбции В, ч 0,0163 0,0033 0,0040 Менее 0,0013 Менее 0,0004 Менее 0,0015 Менее 0,0004
Время параллельного переноса фронта сорбции Д1, ч 15,88 4,33 4,7 Менее 1,8 Менее 0,5 Менее 1,08 Менее 0,5
Таблица 3
Зависимость ПДОЕ сорбента от содержания урана в продуктивном растворе
№ Содержание урана в ПР, Сисх, мг/л ПДОЕ, Ар, г/л Время достижения ПДОЕ, ч
1 120 29,5 16
2 63 27,7 18
3 55 22,0 20
динамическом режиме проводили на ионите РигоШе Б-4712, предварительно переведенном в сульфатную форму, в зажатом слое. «Выходные кривые» снимали с разными исходными концентрациями урана в ПР. Содержание урана в исходном ПР составляет 55 мг/л. Для сорбции из более концентрированного раствора исходный ПР доукрепляли по урану. Сорбцию вели до обеспечения ПДОЕ в первой колонке. Скорость подачи раствора была рассчитана так, чтобы высота слоя в каждой колонке была равна высоте рабочего слоя для данного сорбента.
При сорбции из ПР с исходной концентрацией урана Сисх=120 мг/л (рис. 2) время сорбции (достижение ПДОЕ в первой колонке) составляет 16-17 часов,
причем это время соответствует времени работы до проскока (Ссбр=3 мг/л) второй колонки. Следовательно, можно ожидать, что для данного сорбента ПДОЕ=ДОЕ, т.е. изотерма сорбции имеет две ступени в данных концентрационных пределах.
Такая же закономерность наблюдается и для сорбции из более бедных по урану ПР. Но в этом случае время сорбции увеличивается, при чем снижается значение ПДОЕ (табл. 3).
Полученные данные позволяют рассчитать высоту рабочего слоя сорбента при различной скорости фильтрации и содержании урана в ПР, а также произвести расчет необходимого технологического оборудования при условии сорбции в зажатом слое сорбента.
время, ч
-1 колонка —■— 2 колонка
Далее были проведены исследования сернокислотной десорбции урана с насыщенного сорбента. На первом
этапе была изучена степень десорбции урана в статическом режиме в зависимости от кислотности десорбирующего раствора. Для сравнения был использован нитратный десорбирующий раствор состава: нитраты - 74,3 г/л, кислотность
- 11,76 г/л, рН=0,69.
Исследования проводили на насыщенной смоле РигоШе Б4712 с содержанием урана 38,9 г/л. Смолу контактировали с десорбирующим раствором различной кислотности в статических условиях при соотношении смола: раствор = 1:100. В процессе исследования изучали зависимость степени десорбции урана в раствор от времени и состава десорбирующего раствора. Полученные данные дают возможность сделать вывод об оптимальной концентрации десорбирующего раствора и на основании статического исследования рассчитать параметры десорбции в динамическом режиме.
В табл. 4 представлены результаты исследования сернокислотной десорбции при значениях кислотности 80 и 154 г/л и нитратной десорбции с содержани-
Рис. 2. Выходные кривые сорбции урана из продуктивного раствора, Сисх=120 мг/л
ем нитратов 74,3 г/л в статическом режиме.
Анализируя полученные данные, можно сделать вывод, что наиболее полно десорбция урана с насыщенной смолы происходит при использовании нитратного десорбирующего раствора с содержанием нитратов 74,3 г/л. Остаточное содержание урана в смоле в этом случае составляет 0,2 г/л.
На основании статических экспериментов были рассчитаны кинетиче-ские характеристики сернокислотной и нитратной десорбции насыщенного сорбента РигоШе Б4712 (табл. 5).
Исследование десорбционных
свойств сорбента РигоШе Б4712 в динамических условиях проводили с использованием десорбирующего раствора состава: N03 - 93,3 г/л; Б042- - 20 г/л; -
0,022 г/л; С1- - 0,5 г/л; кислотность -28,8 г/л при удельной нагрузке 0,6 об/об/час.
По результатам анализа установлено, что степень десорбции при данных условиях превышает 99,5% (Аисх = 70,8 г/кг, Аост = 0,12 г/кг), что является очень высоким показателем для нитратной десорбции. Также необходимо отметить высокую скорость десорбции. Время десорбции составляет около 7 часов при расходе десорбирующего раствора 3,5 объема на 1 объем сорбента.
Таким образом, результаты проведенных исследований показывают перспективность применения ионитов мелкого зернения, характеризующихся высокими кинетическими и емкостными
Таблица 4
Зависимость степени десорбции от времени процесса для сорбента 04712 для различных десорбирующих растворов
Время, ч Кислотность, г/л
80 1 154 | 11,7, (нитраты 74,3 г/л)
Содержание урана в смоле, г/л
0,5 3,85 1,95 0,30
1 2,90 1,65 0,23
3 2,85 1,40 0,20
5 2,80 1,30 0,20
Таблица 5
Кинетические характеристики десорбции сорбента РигоШе В4712
Параметр Кислотность, г/л
80 154 11,76 (нитраты 74,3 г/л)
Исходная емкость насыщенного сорбента А, г/л 38,9 38,9 38,9
Время достижения условного равновесия 1;о, ч 0,67 0,67 0,5
Емкость сорбента по урану при условном равновесии Ар, г/л 3,66 1,85 0,285
Коэффициент регенерации Крег сорбента при Ар 1,1 1,05 1
Кинетический коэффициент массопе-редачи к0ег, ч 1,64 1,57 2
Время параллельного переноса Д1;, ч 2,79 2,45 2,6
характеристиками сорбционно-
десорбционных процессов, для концентрирования урана. Технологическая
схема переработки урана на основе сорбентов класса «В» не должна принципиально отличаться от существующей технологии участка сорбции. Основные отличия связаны с габаритами сорбцион-
но-десорбци-онных аппаратов, их техническими характеристиками, единовременной загрузкой сорбента и скоростью протекания процессов. Выбор соответствующего оборудования позволит создать на основе мелкодисперсных ионитов высокоэффективные перерабатывающие комплексы, ггш
— Коротко об авторах -----------------------------------------------------------------
Дуйсебаев Б.О., Кантбекулы М., Копбаева М.П., Панова Е.Н. - ТОО «Институт высоких технологий» НАК «Казатомпром», г. Алматы, Казахстан.
Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 19 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент д-р техн. наук, проф.
Файл: 8_2_Дуйсебаев19
Каталог: Н:\Новое по работе в универе\ГИАБ-2009\ГИАБ-5\7
Шаблон:
С:\и8ег8\Таня\АррБа1а\Коашт§\М1сго8ой\Шаблоны\Когша1.ёо
1т
Заголовок: Кинетические характеристики сорбционно-десорбционных
процессов извлечения урана из растворов ПСВ высокоосновными анионитами класса «В»
Содержание:
Автор: М.КорЬаеуа
Ключевые слова:
Заметки:
Дата создания: 16.03.2009 10:20:00
Число сохранений: 3
Дата сохранения: 18.03.2009 12:11:00
Сохранил: Пользователь
Полное время правки: 20 мин.
Дата печати: 24.03.2009 0:09:00
При последней печати страниц: 5
слов: 1 519 (прибл.)
знаков: 8 664 (прибл.)
