Спосіб вилучення сполук урану (vi) із карбонатних розчинів

Реферат: Спосіб вилучення сполук урану (VI) із карбонатних розчинів включає поглинання сполук урану (VI) сорбентом, розділення фаз. Як сорбент використовують нетоксичний волокнистий сорбент ФІБАН А-6. Відокремлюють сорбент фільтруванням або центрифугуванням, а регенерацію сорбенту здійснюють розчином гідрокарбонату натрію. UA 107149 U (54) СПОСІБ ВИЛУЧЕННЯ СПОЛУК УРАНУ (VI) ІЗ КАРБОНАТНИХ РОЗЧИНІВ UA 107149 U UA 107149 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі вилучення сполук важких металів, зокрема урану, з промислових та стічних вод, і може бути використаний на підприємствах гірничодобувної, гірничо-збагачувальної, хімічної промисловості, чорної та кольорової металургії, атомної енергетики. Відомий спосіб флотаційного вилучення сполук урану (VI) із карбонатних розчинів, в якому як флотаційні збирачі використовують броміди алкілпіридинію [Скрылев Л.Д., Менчук В.В., Сейфуллина И.И. Ионная флотация урана из карбонатных растворов // Изв. вузов. Цветная металлургия. - 1980. - № 1. - С. 72-75]. Спосіб полягає в тому, що у карбонатний розчин, який містить сполуки урану, додають розчин збирача, потім здійснюють флотацію і збирають пінний продукт зі сполуками урану, винесений на поверхню води бульбашками повітря. Недоліками способу є використання флотаційних збирачів, які мають високу вартість, значну витрату (4 моль на 1 моль трикарбонату уранілу), що необхідна для максимально повного вилучення урану; крім того, відсутні відомості про можливість регенерації збирачів та переробки пінного продукту. Відомий спосіб екстракційного вилучення сполук урану із стічних вод [Патент 2056359 РФ, МПК C02F1/26, опубл. 1996.03.20]. Спосіб полягає в тому, що у розчин з концентрацією урану -4 6,5·10 г/л і рН 5,0-8,5 додають 0,04-0,05 М розчин біс-(2-оксі-5-амілбензил)аміну в гасі при співвідношенні органічної та водної фаз 2:3÷2:5, фази перемішують протягом 10 хв, дають розшаруватися, після чого розділяють. Екстрагент регенерують розчинами NaOH, Nа2СО3 або (NH4)2СО3. Недоліками способу є значна витрата реагентів (5,1-6,4 г/л), використання токсичних органічних речовин, а, отже, вторинне забруднення води, що очищається, цими речовинами. Відомий спосіб сорбційного вилучення урану (VI) з карбонатних розчинів [Ахунова А.А., Блохин А.А., Мурашкин Ю.В., Михайленко М.А. Анионообменная сорбция урана (VI) из концентрированных карбонатных растворов солей // Известия СПбГТИ (ТУ). - 2014. - № 23. - С. 13-15]. Спосіб полягає в тому, що у колби з водними розчинами (100 мл), які містять 0,7 моль/л NaHCO3, 0,1 моль/л Na2CO3 і 0,5-1,5 г/л урану, додають наважку сильноосновного аніоніту (1 г) з триметиламонійними функціональними групами, струшують на шейкері протягом 36 годин, після чого розділяють фази. Недоліком способу є занадто тривалий час сорбції. Найближчим аналогом є спосіб сорбційного вилучення сполук урану (VI) із карбонатних розчинів, який передбачає використання як сорбентів дослідних зразків цирконій-кремнеземних наносорбентів, одержаних методом бітемплатного (солюбілізаційного) синтезу на основі силікату натрію, хлористого цирконілу і промислової фракції ПАР [Перлова О.В., Сазонова В.Ф., Перлова Н.А. Равновесие и механизм сорбции соединений урана (VI) цирконий-кремнеземным наносорбентом // Укр.хим.ж. - 2014. - Т. 80, № 10. - С. 90-96]. Сорбційне вилучення сполук урану (VI) здійснюють із розчинів з концентрацією урану 2-50 мг/л і рН 4-8 протягом 4-7 год., використовуючи 0,4 г сорбенту на 1 л розчину. Недоліками відомого способу є низька швидкість процесу (тривалість досягнення сорбційної рівноваги і регенерації сорбентів шляхом десорбції сполук урану у водну фазу), незначний ступінь сорбції урану із розчинів з рН 8 (20-30 %), необхідність корегування рН для збільшення ступеня вилучення урану до 100 %. Задачею корисної моделі є усунення недоліків найближчого аналога. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб вилучення сполук урану (VI) із карбонатних розчинів включає поглинання сполук урану (VI) сорбентом, розділення фаз, відокремлення та регенерацію сорбенту, згідно з корисною моделлю, як сорбент використовують нетоксичний волокнистий сорбент ФІБАН А-6 у кількості 3-5 г на 1 л розчину, сорбцію проводять при рН 7,58,5 протягом 10-15 хв, для відокремлення сорбенту використовують фільтрування або центрифугування, а регенерацію сорбенту здійснюють 0,1 М розчином гідрокарбонату натрію протягом 45 хв. Регенерований сорбент використовується повторно для вилучення сполук урану (VI). Для здійснення способу до розчинів, що містять ацетат уранілу (25-100 мг/л у перерахунку на уран) та 1,5-1,7 г/л гідрокарбонату натрію і мають рН 7,5-8,5, додають 3-5 г волокнистого аніоніту ФІБАН А-6 на 1 л води (вплив витрати сорбенту на ступінь сорбції сполук урану (VI) та залишкову концентрацію урану (VI) в розчині наведено в табл. 1). Далі проводять сорбцію в статичному режимі (при струшуванні) протягом 10-15 хв. (табл. 2). З метою відділення сорбенту з сорбованими сполуками урану (VI) використовують фільтрування або центрифугування. Десорбцію урану з метою регенерації сорбенту проводять 0,1 М розчином гідрокарбонату натрію протягом 45 хв. (табл. 4). Випробовування способу проводились на кафедрі фізичної та колоїдної хімії Одеського національного університету імені I.I. Мечникова. Результати випробовувань наведені нижче. 1 UA 107149 U 5 1. У скляних колбах об'ємом 250 мл готували по 50 мл розчинів ацетату уранілу з вихідною концентрацією урану (VI) 50 мг/л у присутності 1,5-1,7 г/л гідрокарбонату натрію. Значення рН розчинів складало 7,5-8,5. У колби додавали різні кількості сорбенту (від 0,025 до 0,25 г на 50 мл розчину), струшували протягом 10 хв. при температурі 18-22 °C. Сорбент відокремлювали фільтруванням через паперовий фільтр або центрифугуванням протягом 1-2 хв., в розчині визначали залишкову концентрацію урану (VI). Одержані результати наведені в табл. 1. Таблиця 1 Залежність ступеня сорбції сполук урану (VI) із карбонатних розчинів і залишкової концентрації урану (VI) від витрати сорбенту Витрата сорбенту, г/л Ступінь сорбції, % Залишкова концентрація урану, мг/л 10 0,5 93 3,50 1,0 97 1,50 2,0 99 0,5 3,0 99,5 0,25 4,0 99,5 0,25 5,0 99,5 0,25 Як видно із табл. 1, максимальний ступінь сорбції сполук урану (VI) із карбонатних розчинів (99,5 %) спостерігається при введенні 3-5 г сорбенту на 1 л розчину, що забезпечує залишкову концентрацію урану в розчині 0,25 мг/л на рівні ГДК урану для технічних вод (0,05-0,60 мг/л). Для визначення часу проведення процесу проводили досліди при однаковому вмісті урану (VI) та оптимальній витраті сорбенту. Одержані результати наведені в табл. 2. Таблиця 2 Залежність ступеня сорбції сполук урану (VI) із карбонатних розчинів і залишкової концентрації урану (VI) від часу сорбції Витрата сорбенту, г/л Ступінь Час сорбції, сорбції, хв… % 1 86 2 97 5 97 7 97 10 99,5 15 99,5 20 99,5 25 99,5 3,0 Залишкова концентрація урану, мг/л 7,0 1,5 1,5 1,5 0,25 0,25 0,25 0,25 4,0 Ступінь сорбції, % 89 99 99 99 99,5 99,5 99,5 99,5 5,0 Залишкова концентрація урану, мг/л 5,5 0,5 0,5 0,5 0,25 0,25 0,25 0,25 Ступінь сорбції, % 93 99 99 99 99,5 99,5 99,5 99,5 Залишкова концентрація урану, мг/л 3,5 0,5 0,5 0,5 0,25 0,25 0,25 0,25 15 20 Як видно із табл. 2, максимальний ступінь сорбції сполук урану (VI) із карбонатних розчинів (99,5 %) і мінімальна залишкова концентрація урану (0,25 мг/л) спостерігаються при проведенні сорбції протягом 10 хв. При часі сорбції більше 10 хв. показники сорбції практично не змінювались. Для визначення залежності ступеня сорбції сполук урану (VI) із карбонатних розчинів від вихідної концентрації урану (VI) в розчині проводили досліди при однаковому часі сорбції (10 хв.) та оптимальній витраті сорбенту (4 г/л). Одержані результати наведені в табл. 3. Таблиця 3 Залежність ступеня сорбції сполук урану (VI) із карбонатних розчинів і залишкової концентрації урану від вихідної концентрації урану (VI) Вихідна концентрація урану (VI), мг/л Ступінь сорбції, % Залишкова концентрація урану, мг/л 25 99,9 0,025 2 50 99,5 0,25 70 99,5 0,25 100 99,5 0,25 120 99 1,2 140 230 270 360 98 97 97 98 2,8 6,6 8,1 7,2 UA 107149 U 5 10 Як видно з табл. 3, високий ступінь сорбції сполук урану (VI) із карбонатних розчинів спостерігається в широкому інтервалі вихідних концентрацій урану (VI) в розчині, однак спосіб, що пропонується, найдоцільніше використовувати для вилучення сполук урану (VI) із низькоконцентрованих (25-100 мг урану в літрі) карбонатних розчинів. 2. У скляні колби об'ємом 250 мл, які містять 50 мл 0,1 М розчину гідрокарбонату натрію, додавали наважки по 0,25 г волокнистого аніоніту ФІБАН А-6, який був висушений на повітрі до постійної маси і містив сорбовані із карбонатних розчинів сполуки урану (VI), струшували вміст колб протягом 5-60 хв., відокремлювали водну фазу від сорбенту та аналізували фільтрати на вміст урану (VI). Результати дослідів з регенерації сорбенту шляхом десорбції з його поверхні сполук урану (VI) наведені в табл. 4. Таблиця 4 Залежність ступеня десорбції урану (регенерації сорбенту) від часу десорбції Час десорбції, хв… Ступінь десорбції урану (регенерації сорбенту), % 15 20 25 5 55 10 65 15 70 20 72 30 78 40 45 60 85 92 92 Як видно з табл. 4, волокнистий аніоніт ФІБАН А-6 після сорбції сполук урану (VI) із карбонатних розчинів може бути регенерований на 92 % за 45 хв. При часі десорбції більше 45 хв. показники десорбції практично не змінювались. Характерно, що 55 % сполук урану (VI) десорбується протягом перших 5 хв. проведення десорбції. Збільшуючи наважку сорбенту, який підлягає десорбції, або зменшуючи об'єм розчину гідрокарбонату натрію, що використовується для десорбції сполук урану (VI), можливо концентрувати розчини для подальшої переробки та утилізації урану. Проведені випробовування показали, що запропонований спосіб дозволяє ефективно проводити вилучення сполук урану (VI) із карбонатних розчинів з рН 7,5-8,5 за допомогою волокнистого аніоніту ФІБАН А-6 при його витраті 3-5 г на 1 л води протягом 10-15 хв. в широкому інтервалі вихідних концентрацій урану (VI) (25-100 мг/л), досягаючи при цьому залишкової концентрації урану (VI) на рівні ГДК для технічної води. У порівнянні з прототипом швидкість процесу сорбційного вилучення сполук урану (VI) із карбонатних розчинів збільшується понад у 20 разів, ступінь сорбції сполук урану (VI) із слабколужного середовища (рН 7,5-8,5) підвищується у 3-5 разів. Перевага запропонованого способу полягає у використанні екологічно безпечного сорбенту, який може бути легко регенерованим протягом 45 хв. 30 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 Спосіб вилучення сполук урану (VI) із карбонатних розчинів, що включає поглинання сполук урану (VI) сорбентом, розділення фаз, відокремлення та регенерацію сорбенту, який відрізняється тим, що як сорбент використовують нетоксичний волокнистий сорбент ФІБАН А6 у кількості 3-5 г на 1 л розчину, сорбцію проводять при рН 7,5-8,5 протягом 10-15 хв., для відокремлення сорбенту використовують фільтрування або центрифугування, а регенерацію сорбенту здійснюють 0,1 М розчином гідрокарбонату натрію протягом 45 хв. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3