Применение трибутилфосфата, как стабилизатора эмульсии, в процессах экстракции урана из сернокислых сред Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

------------------------ © Т.В. Разуваева, Х.Д. Мырзакулова,

М.У. Умбеткулова, Б.О. Дуйсебаев,

Э.А Пирматов, 2009

Т.В. Разуваева, Х.Д. Мырзакулова, М. У. Умбеткулова,

Б. О. Дуйсебаев, Э.А. Пирматов

ПРИМЕНЕНИЕ ТРИБУТИЛФОСФАТА,

КАК СТАБИЛИЗАТОРА ЭМУЛЬСИИ, В ПРОЦЕССАХ ЭКСТРАКЦИИ УРАНА ИЗ СЕРНОКИСЛЫХ СРЕД

Исследована возможность добавки нейтрального экстрагента к экстракционной смеси с целью предотвращения эмульгирования при экстракции урана из растворов сернокислотного растворения желтого кека смесью экстрагентов ди (2-этилгексил) фосфорной кислоты и триалкиламина.

Ключевые слова: экстракционные процессы, химические концентраты урана, эмульгаторы.

Экстракционные процессы завоевали прочное место в технологии урана: классической схемой экстракционного аффинажа в технологии производства урана является перечистка химических концентратов урана, включающая в себя растворение концентрата в кислоте и экстракционную переработку насыщенных по урану растворов с получением продукции более высоко качества.

Как известно, экстракционные процессы имеют ряд преимуществ перед осадительными, сорбционными и другими процессами очистки и разделения: они легко автоматизируются, отличаются большой производительностью, открывают возможность создания непрерывных схем и т.д. Но, как и все технологические процессы, экстракционный передел не свободен от недостатков, снижающих эффективность экстракции. К основным недостаткам относятся растворимость экстрагента в водной фазе, обуславливающая потери экстрагента и образование эмульсий, приводящих к уменьшению производительности аппаратов, ухудшению массообмена и, в некоторых случаях, к полному нарушению процесса. Таким образом, эмульгируемость фаз при экстракции непосредственно влияет на полноту извлечения урана, качество готовой продукции и на экономику процесса в целом.

В реальных экстракционных процессах встечаются различные виды устойчивых эмульсий: разбавленные (микроэмульсии); концентрированные эмульсии, часто стабилизированные конденсиро-

ванными пленками; высококонцентрированные эмульсии, имеющие гелеобразную структуру. Нередко образуются концентрированные эмульсии, содержащие твердые включения - межфазные взвеси. Разбавленные эмульсии приходится наблюдать во всех экстракционных процессах: после образования четкой границы раздела одна из фаз (иногда обе) оказывается мутной. Образование микроэмульсии не приводит к нарушению процесса, но приводит к уносу одной или обеих фаз. Унос органической фазы с рафинатом приводит к потерям экстрагента, к увеличению концентрации урана в сточных водах и загрязнению их органическими веществами. Унос водной фазы с экстрактом приводит к снижению коэффициента очистки урана от примесей и, в некоторых случаях, к осложнениям при реэкстракции.

К эмульгаторам, присутствующим в урановых растворах относятся:

1. Органические высокомолекулярные вещества (продукты, попадающие в растворы из органических компонентов руды и продукты разрушения синтетических ионообменных смол, некоторые флотореагенты и флокулянты).

2. Кремнекислота, содержащаяся в растворах в виде коллоидных частиц; она не может быть выделена даже тщательным фильтрованием.

3. Твердые соединения, присутствующие в водных растворах: рудный материал, гипс, окиси и гидроокиси металлов и т.п.

4. Многозарядные ионы (2г, Sc, Fe, РЗЭ и т.д.), присутствующие в водных растворах и образующие труднорастворимые комплексы с некоторыми экстрагентами и продуктами их гидролиза.

5. Поверхностно-активные вещества, применяемые для мойки оборудования и помещений.

6. Продукты разрушения (деградации) экстрагентов и разбавителей, накапливающиеся в органической фазе в процессе эксплуатации.

Эмульсии накапливаются на границе раздела фаз и нередко занимают до 50-80 % от объема органической фазы. Это приводит к необходимости снижения скорости потоков, поскольку уменьшается эффективный объем отстойников и возникает вероятность уноса эмульсии.

В промышленности часто в качестве экстрагентов применяют смесь органических экстрагентов ди (2-этилгексил) фосфорной ки-

слоты (Д2ЭГФК) и триалкиламина (ТАА) в разбавителе - керосине. В процессе экстракции происходит эмульгирование растворов, а также образование межфазной взвеси - «бороды». Как было сказано выше, образование бороды в процессах экстракции наиболее часто встречаемая проблема, нежелательная для производства, так как связана с потерями органики и расходом реагентов для выделения третьей фазы.

Вариантом увеличения селективности и стабильности экстракционной смеси Ди2ЭГФК+ТАА может быть добавка трибутилфос-фата (ТБФ). Из литературных данных [1-3] известно, что добавка ТБФ к Ди2ЭГФК способствует увеличению растворимости соединений урана в органической фазе, предотвращает образование третьей фазы; усиливает экстракционную способность Ди2ЭГФК. В качестве разбавителя для аминов необходимы нефтепродукты, содержащие высокий процент ароматических углеводородов для предотвращения осаждения аминных солей. Сульфат амина имеет ограниченную растворимость в керосине, способствуя образованию третьей фазы. Добавка спирта в третичные амины повышает растворимость амина в разбавителе и этим предотвращает образование эмульсий. Добавка ТБФ по эффекту соизмерима с добавкой спиртов. В способе извлечения урана из руд [4], в лабораторных условиях с использованием промышленных серноазотнокислых элюатов десорбции проводили экстракцию смесью экстрагентов Ди2ЭГФК, ТАА и ТБФ.

Нами проведены исследования по экстракции урана из сернокислого раствора диураната натрия экстракционными смесями Ди2ЭГФК+ТАА различных концентраций с различными добавками трибутилфосфата.

Для лабораторных исследований применялись следующие экстрагенты: ди-2-этилгексил-фосфорная кислота, трибутилфосфат, триалкиламин. Все экстрагенты применялись в виде растворов в органическом разбавителе, снижающем удельный вес и вязкость экстрагентов. В качестве разбавителя использовали дизельное топливо с удельным весом 0,847 г/см3. В качестве исходного сырья использовали растворы следующего состава: и=13,25-16,75 г/л, Мо=1,535-1,74 г/л, H2SO4=46,6 -52,68 г/л, рН=0,65. Примесный состав используемого раствора следующий, г/л: Мо 1,0-1,3; 2г 0,060,14; Si 0,01-0,04; Fe 0,03-0,06; А1 0,02-0,03; Са 0,02-0,05; Mg 0,030,06; Т 0,001-0,004; Мп 0,002-0,006. В качестве экстракционных

смесей использовали приготовленные и отмытые от примесей в лабораторных условиях смеси с суммарной концентрацией экстрагентов Ди2ЭГФК+ТАА, г-моль/л: 0,27; 0,35; 0,40; 0,49. К данным концентрациям осуществлялась добавка ТБФ в процентном отношении к суммарной процентной концентрации Ди2ЭГФК+ТАА (рассматривали отношение (Ди2ЭГФК+ТАА): ТБФ= 2:1; 1:1; 1:2).

Экстракцию урана проводили путем единовременного контакта органической и водной фаз с помощью механического перемешивания, время экстракции составляло 15 минут. Во время опытов температура в помещении составляла +20±2 °С, дополнительно не проводили нагрев исходных растворов. По истечении заданного времени, фазы сливали в делительную воронку для расслаивания и контролировали насыщение органической фазы, остаточное содержание урана в маточных растворах, объем и характер образуемой третьей фазы, рассчитывали извлечение урана и молибдена и насыщение 0,1 молярной смеси ураном.

В результате проведенных исследований по подбору соотношений смешивания смеси экстрагентов Ди2ЭГФК+ТАА+ТБФ показана возможность применения трехкомпонентной смеси Ди2ЭГФК+ТАА+ТБФ с суммарной концентрацией Ди2ЭГФК + ТАА от 0,27 до 0,49 моль/л и добавкой ТБФ в процентном соотношении (Ди2ЭГФК+ТАА):ТБФ = 1:1. Добавление экстрагента три-бутилфосфата оказывает в процессе экстракции стабилизирующее действие, не оказывая значительного влияния на показатели экстракции в целом. Отмечено снижение образуемой третьей фазы на 25 %. При соотношении (Ди2ЭГФК+ТАА):ТБФ=2:1, не отмечено значительных улучшений на экстракции. Увеличение добавки ТБФ выше установленного соотношения (1:1) снижает показатели реэкстракции.

При варьировании соотношения (Ди2ЭГФК+ТАА):ТБФ отмечен различный характер образования третьей фазы. При увеличении процентной добавки ТБФ незначительно снижается удельное насыщение по урану. Это возможно, связано с тем, что ТБФ, взаимодействуя с Ди2ЭГФК, уменьшает свободную концентрацию экстрагента.

----------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Громов. Б.В. Введение в химическую технологию урана. М. Атомиз-дат.1978.

2. Гидрометаллургическая переработка уранорудного сырья. М. Атомиздат,

1979.

3. Шевченко В.Б., Судариков Б.Н. Технология урана.-М.: Госатомиздат,

1961.

4. Патент RU 2 205 885 С2 с22 в 60-02, 3-12. Способ извлечения урана из руд. Ларин В.К., Литвиненко В.Г. ши=1

Razuvaeva T. V., Myrzakulova H.D, Umbetkulova M. U.,

Duysebaev B. O., Pirmatov A.A.

USE OF TRIBUTYL PHOSPHATE AS EMULSION STABILIZER DURING PROCESSES OF URANIUM EXTRACTION FROM SULFUROUS MEDIA

A possibility of adding neutral extractant to extraction blend for preventing emulsification during uranium extraction from sulfurous media of yellow cake with blend of extractant di (2-ethylhexyl) phosphoric acids and trialkylamine is studied.

Key words: extraction processes, chemical concentrates of uranium, emulsifiers.

— Коротко об авторах -----------------------------------------------

Разуваева Т.В., Мырзакулова Х.Д., Умбеткулова М.У., Дуйсебаев Б.О. -ТОО «Институт высоких технологий», Алматы, Казахстан,

Пирматов Э.А. - ТОО «Степногорский горно-химический комбинат», Степногорск, Казахстан.