Сорбент на основе двуокиси титана для извлечения урана из солевых растворов

 

-СОРБЕНТ НА ОСНОВЕ ДВУ:ОКИСИ ТИТАНА ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ УРАНА ИЗ СОЛЕВЫХ РАСТВОРОВ, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения механической прочности сорбента и увеличения сорбционнсй способности по отношению к урану, он дополнительно содержит двуокись циркония при следующем соотношении компонентов , мас.%: . Двуокись циркония 1-50 Двуокись титана 50-59

(39) (Щ, щ)у В 01 J 20/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ т % ,ю н *вта сиама с»Ютвгвстви

1»50

50"59

Ф ших скоростях потока морской воды или в режиме псевдокипящего слоя

V, с подачей воды в колонну снизу, а также его невысокие кинетические свойства.

Цель изобретения - повышение механической прочности сорбента и увеличение эффективности извлечения ура- ОО на из солевых растворов. ©

Поставленная цель достигается со тем, что сорбент на основе двуокиси в титана содержит двуокись циркония ° при следующем соотношении компонен- О тов, вес.Ф:

Двуокись циркония - .1-.50

Двуокись титана 50-99

° ВВВЙ

Пример 1. Золь двуокиси ти",,тана с различным содержанием двуокиси циркония в солянокислом раство. ре капельно диспергируют в раствор аммиака. Гранулы отмывают от аммиа ка и сушат при 1504С. Продукт пред-. ставляет собой химически прочные

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ CCCP

1 (21) 2809683/26 (22) 22.08.79 (46) 15.05 92 Вюл И 18 (71) Институт геохимии и аналитической химии им.В.И.Вернадского (72) В.И.Комаревский, Л.И.Шарыгин, В.ф.Гончар, 6.П.Новиков, Т.Г.Иалых и Б.ф.Иясоедов (53) 661.183 ° 12(088.8) (56) 1."Brit Nucl. Energy Sac", 7,2, 17 (1968)

2. Патент Японии И 49-648, кл. 10 С 22, опублик. 09.01,74.

Изобретение относится к технблогии сорбционных материалов, предназI начейных для извлечения редких радиоактивных элементов, в частности ура. на.

Известен сорбент на основе соеди, нений титана, например, гранулирован ная гидроокись титана Я .

Недостатком указанного сорбента является его малая механическая прочность и невысокая сорбирующая способность (0,50-0,55 мг урана на 1 т

TiOg) ° Наиболее близким к предлагаемому по составу и достигаемому эффекту является сорбент, состоящий из гидратированной двуокиси титана и актйвированного угля (остальное) (2 .

Однако для известного сорбента характерны недостаточно высокая механическая прочность, не позволяющая проводить процесс сорбции hpN боль2 (54)(57) СОРййт HA OCHOBK ДВУ;ОКИСИ ТИТАНА ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ УРАНА

ИЗ СОЛЕВЫХ РАСТВОРОВ, о т л и и а -. ю шийся тем, что, с целью по» вышения механической прочности сорбента и увеличения сорбционнсй cho» собности по отношению к урану, он дополнительно содержит двуокись циркония при следующем соотношении компонентов, мас.Ф:

Двуокись циркония

Двуокись титана

899110 гранулы, близкие к сферической фор«е. Насыпная плотность сорбента

1,0 9 г/см, механическая прочность

400-700 кг/см, удельная поверхность (по БЭТ) 200-300 и /r, средний диаметр пор 40 А, удельный объем пор 0„32 см /г. Аналогичным образом

3 варьируют содержание циркония в сорбенте от 1 до 501.

П р и и е р 2. В термостатируемую при 25,0+1 С с помощью термостата Ul -1 стеклянную пробирку помещают 50 мг сорбента эернением мм, состоящего из твердого раствора двуокисей титана и циркония.

В пробирку добавляют 9 мл карбонатсодержащего раствора урана, меченного ураном - 233, с заранее определенной удельной Q -радиоактивностью Ю раствора. Состав раствора: Na

0,48 г-ион/л, К+. 0 093 r-ион/л, Са 0,01 г-ион/л, UG 9,210 г-ион/л,,Й, -о

БО 0,079 г-ион/л, С1 0,56 г-ион/л, СО з 3, 0 -10 г-ион/л, рН 7, 5. Перемешивание раствора с сорбентом про" изводят с помощью лопастной мешалки. По истечении определеннь)х npot ewy voe времени (5,10,20,30,60,120, 24 0 и 360 мин) отбирают пробы раствора по 0,025 мл для измерения удельной 1) "радиоактивности раствора, которое производят с помощью прибора

2451-1Н.1)Ïðoòoêà". На основании полученных результатов рассчитывают мольное отношение урана в твердой 35 фазе (ИОТ) по формуле

В!ро ч Ivp

МОТ = — — — - — — — (1 - — — ) x

100m МИ Ро . (1)О0-п)11 . + aN )

46 где (0) — исходная концентрация урана в растворе, г/мл, Ро

V — обьем раствора, мл;

m - масса соорбента, r, 45

И,1 - атомная масса урана, уд,ед.

И > > - . молекулярная масса рвуТтб окиси титана, уд.ед., И ° О - молекулярная масса дву- я

< 1ОР окиси циркония, уд.ед., I < <, I1,о - текущая и исходная удельные -радиоактивности раствора, имп/с:мл, а - содержание двуокиси циркония в сорбенте, вес,ь или с учетом условий эксперимемта

МОТ 7. 63 10 Гц3р

7 (1 --- --) (7990 + 43,32а)

I р,< Р,о

Полученные таким образом результаты обрабатывают с помощью уравнения Ерофеева

1п (-la(l-NOT)J = 1пК + Л1пП где К вЂ” константа скорости топохи-, мической реакции сорбции ура На — продолжительность .эксперимента, с

Для получения удобных для интерпретации результатов величины константы скорости топохииической реакции сорбции К (с ") использовали соотношение Саковича, jnK

1nK Inn + —-п

В табл, 1 представлены величины константы скорости топохимической реакции сорбции К, а также емкости сорбента по урану при сорбции последнего иэ карбонатсодержащих растворов сорбентами, содержащими твердый раствор двуокисей титана и циркония при соотношении компонентов1 Т О

50-991; ЯгΠ— остальное. Кроме того, в табл. 1 приведены результаты исследования сорбции урана s аналогичных условиях на чистых двуокисях титана и циркония, полученных вышеуказанным методом„

Иэ представленных в табл. 1 данных,следует, что с увеличением содержания ЕгО) в Т10 от 1 до 20 вес.Ф происходит существенное улучшение сорбционных характеристик сорбента (увеличение константы скорости топохимической реакции сорбции и емкости сорбента по урану, достигаемой за 6 ч эксперимента в статических условиях), что связано с увеличением поверхностной разупорядоченно. сти двуокиси титана при введении в нее двуокиси циркония. Дальнейшее увеличение содержания двуокиси цир» кония в сорбенте от 20 до 50 вес. Ф приводит к уменьшению сорбционных характеристик сорбента, но при этом они остаются более высокими, чем у двуокиси титана, не содержащей циркония, Это уменьшение сорбционных характеристик сорбента связано с отсутствием сорбционной способности по отношению к урану у чистой двуокиси циркония.

Таблица.l

Состав сорбента, вес.3 мкпсть по

К, рану за ч, г/r

KnOg е аа

4,01 10

1,38 ° 10

1,43 ° 10

1,83 10

2,68 !О

3,13 ° 10

1,08 1О

4,33 10

4,03 10

3,79 10 "

3,62 10

3,81: 10 5,79 10

8,41 10

9,29 10

1, 99„105,66 10,", 3,81 "10

99,0

98,7

94,8

90,!

80,1

59,8

50,3

50,0

О

1.0

1,3

5,2

9,9.

19,9

40,2

49,7

50,0

100

5 89

Пример 3. В сорбционную колонку сечением 0,785 см и высотой

20 см загружают 10 r гранулированного сорбента зернением ч1 мм, содержащего 5 вес.3 двуокиси циркония. Через колонку в динамических условиях при комнатной температуре со скоростью 10 мл/мин пропускают 100 мл карбонатсодержащего раствора урана по римеру 2. Кон2- г+ центрации ионов GO и УОг в раст-г воре соответственно 2,6 10 и 8,4.Ф уТ6 г-ион/л, рН 7,5-8,0. Для контроля величины сорбции урана в раствор вводили метку урана 233. flpoшедший через колонну раствор собирают и определяют по примеру 2 его

06 -радиоактивность. Было показано, что в указанных условиях извлечение урана из раствора составляет 9Я,Я.

Достигнутая при этом емкость сорбента по урану равна 20 мг урана на r сорбента или 0,84 мг -экв/г.

Пример 4, В сорбционную колонну сечением 78,.5 см и высотой

45 см загружают 1800 г сорбента, содержащего 5 вес.Ф двуокиси циркония.

Величина загрузки колонны сорбентом составляет 23 единицы загрузки. В колонну снизу подают морскую воду с температурой 19,7ОС, соленостью

33,83, содержанием урана 3 мкг/л и рН 8,0 со скоростью 30 см/мин.

При этом слой сорбента не будет неподвижен и процесс сорбции перейдет в режим псевдокипящего слоя.После прохождения через колонну

9110 6

82 тонн морской воды отбирают порции.сорбента для анализа на содержание ура на спектрофотомет рическим ме5 т одом с использованием арсена зо 111 .

Результаты анализа показывают, что из пропущенной морской воды выделено 120 мг ура на, что соста вляет 50 урана, содержащегося;, в пропущенной морской воде. При пересчете на загрузку колонны сорбентом извлече" ние урана составляет 2,1 на единицу загрузки колонны. Потерь сорбента при контакте с морской водой в псевдокипящем слое в течение 24 сут не обнаружено.

Сравнительные даняые по использованию известного и предлагаемого сорбента представлены в табл. 2

20 Сопоставление полученных результатов позволяет сделать вывод, что извлечение урана из солевых растворов предлагаемым сорбентом происходит в 5 раэ эффективнее. Более того, 25 механическая прочность предлагаемого сорбента значительно (20 раэ) выше известного, что позволяет использовать его при больших скоростях потока солевых растворов, в

ЗО частности морской воды, в режиме псевдокипящего слоя.

Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет значительно повысить скорость извлече35 ния урана, увеличить эффективность сорбции à 5 раз и " в 20 раз увеличить механическую прочность сорбента.

899110

Табли ца 2

Показатели

Сорбент

Известный Предлагаемый

Двуокись титана, содержащая от 1 до 50 весА двуокиси циркония. Зернение - 1 мм

Активированный уголь +

+ TiO H O

Зернение

Сорбент

Механическая 17-45 прочность сорбента, кг/см

Режим сорбции Динамический

4oo-уоо

Сорбция в псевдокипяйем слое

3,3

° Загрузка ко.лонны, единицы загрузки (TiO@ г/см )

Линейная ско- 2-3 рость пропускания морской воды (Ч), см/мин

Процент извле- 12-18 . чения урана из морской воды

Процент извле- 316"5 4 чения урана единицей загрузки колонны (Ь)

Коэффициент 9, 0-13, 5 эффективности извлечения урана, равный

50

Редактор Н.Юрковецкий

Техред.М,Иоргентал Корректор С.Шекмар

Заказ 2436 Тираж Подписное

ВНИИПЯ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113О35, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-иэдательский комбинат Патент", r.ужгород, ул. Гагарина, 101