ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ФОСФАТ ИОНОВ НА ПРОЦЕСС ПОЛУЧЕНИЕ УРАНА

АННОТАЦИЯ

При сорбционном извлечении урана из растворов используют в основном аниониты. Сопутствующие примеси в продуктивных растворах ведут себя неодинаково. Катионы щелочных и щелочноземельных элементов, ионы меди, железа, кобальта, марганца практически не сорбируются. Сульфат-, нитрат-, хлорид-, фторид- и фосфат-ионы хорошо сорбируются и являются депрессорами. Расширение числа вовлекаемых в отработку месторождений различными минералами составом уранового орудинения обуславливает появление в продуктивных растворах подземного выщелачивания наряду с ураном других элементов, в том числе и нежелательных, ранее не встречавшихся в практике обработки месторождений. В работе исследовано влияния соединений фосфора на процессы сорбции-десорбции урана.

ABSTRACT

In sorption extraction of uranium from solutions, anionites are mainly used. The accompanying impurities in the productive solutions behave differently. Cations of alkaline and alkaline earth elements, ions of copper, iron, cobalt, manganese are practically not sorbed. Sulfate-, nitrate-, chloride-, fluoride- and phosphate-ions are well sorbed and are depressors. The expansion of the number of deposits involved in the development of various minerals by the composition of uranium mineralization causes the appearance in productive solutions of underground leaching, along with uranium, of other elements, including undesirable ones that have not previously been encountered in the practice of processing deposits. The influence of phosphorus compounds on the processes of sorption-desorption of uranium was studied in this work.

Ключевые слова: уран, подземное выщелачивание, депрессанты, фосфат-ион, сорбент, сорбция, десорбция, осадок,

Keywords: uranium, underground leaching, depressants, phosphate ion, sorbent, sorption, desorption, precipitate.

Способ подземного выщелачивания (ПВ) находит все большее применение для извлечения урана из бедных руд, непригодных к отработке традиционными способами. Расширение числа вовлекаемых в отработку месторождений различными минералами составом уранового орудинения обуславливает появление в продуктивных растворах ПВ наряду с ураном других элементов [1].

Как уже отмечалось выше существующая технология предусматривает извлечение урана методом подземного выщелачивания и дальнейшим выделением из продуктивных растворов на ионообменных смолах. Ее использование обеспечивает избирательное выделение урана из растворов и его концентрирование. При этом основные свойства растворов не изменяются и возвращаются в цикл. В технологии выщелачивания учитывают условия последующей переработки растворов (остаточную кислотность, общее содержание солей и наличие депрессирующих компонентов при сорбции). При сорбционном извлечении урана из растворов используют в основном аниониты. Сопутствующие примеси в продуктивных растворах ведут себя неодинаково. Катионы щелочных и щелочноземельных элементов, ионы меди, железа, кобальта, марганца практически не сорбируются. Сульфат-, нитрат-, хлорид-, фторид- и фосфат-ионы хорошо сорбируются и являются депрессорами. Кроме того, существуют анионы, способные накапливаться на анионитах и «отравлять» их, так как их сродство с последними чрезвычайно прочно. В связи с этим в продуктивных растворах не допускается концентрации нитрат-ионов более 0,1 мг/л, хлорид- и фосфат – ионов более 0,2 и 0,4 мг-экв/л соответственно. При сернокислотном выщелачивании накапливается до 50÷100 г/л сульфат – ионов, которые сильно депрессируют ионообменную сорбцию урана [2].

Для предотвращения накопления солей в оборотных растворах выше допустимого уровня и нормального ведения ионообменного извлечения урана из продуктивных растворов осуществляют их частичный вывод на очистку от основных компонентов с последующим использованием в технологии выщелачивания. Наиболее простой способ очистки сернокислых растворов – известкование, при котором происходит снижение концентрации сульфат – ионов до 5÷8 г/л, почти полностью осаждаются ионы железа. После отделения осадка очищенные растворы вновь используют для приготовления рабочих растворов. Осадки захоранивают.

Процесс сорбции урана из продуктивных растворов сильноосновными анионитами описывается уравнениями ионного обмена и комплексообразования:

(R₄N⁺)₂SO₄+UO₂²⁺+SO₄^2-↔(R₄N⁺)₂[UO₂(SO₄)₂]

2(R₄N⁺)₂SO₄+UO₂²⁺+2SO₄^2-↔(R₄N⁺)₄[UO₂(SO₄)₂]+SO₄^2-

2(R₄N⁺)₂SO₄+UO₂²⁺+3SO₄^2-↔(R₄N⁺)₄[UO₂(SO₄)₂]+2SO₄^2-

Низкая концентрация урана продуктивных растворах (6∙10^-5- 4,5∙10^-4 М) обуславливает особенности процесса их сорбционной переработки с использованием анионитов. В зависимости от рН раствора продолжительность сорбции иона триульфата уранила триметиламмониевым анионитом составляет от 100 (рН=1,85) до 500 мин (рН=3,6). На практике продолжительность контакта ионитов с перерабатываемым раствором составляет 6-8-часов [3].

Показатели процесса сорбции уран – глубина извлечения, емкость анионита – зависят от содержания его в перерабатываемом растворе, характеристике анионита, а также количества в растворе ионов – депрессоров сорбции, таких как, сульфат-, фосфат-, нитрат- и хлорид- ионы, ионов трехвалентного железа и серной кислоты.

Сорбция фосфат-ионов анионитом АМП в сульфатной форме изучалась из сернокислых сред при рН-1,2 концентрации сульфат-ионов 7 г/л [4].

Сняты изотермы сорбции фосфора, присутствующего в растворах как в виде фосфорной кислоты, так и в виде фосфорнокислых солей. Равновесные емкости анионита по фосфат-ионам (в пересчете на фосфор) приводятся в табл. 1.

Таблица 1.

Зависимость емкости анионита АМП в сульфатной форме по фосфору от концентрации фосфора в растворе

Из табл. 1 видно, что анионит АМП сорбирует фосфаты, содержащиеся в растворе в виде кислот и солей.

Емкость анионита по фосфору увеличивается с 0,48÷ 0,8 мг/г до 3,5÷ 4,12 мг/г при увеличении концентрации его в растворе с 0,06 до 1,2 г/л. Анионитом сорбируется фосфор в меньшем количестве, чем хлор и нитрат-ионы при аналогичных концентрациях их в растворе. Так, при концентрации ионов в растворе, равной 1 г/л, емкость анионита по хлору равна 20 мг/г, по нитрату - 25 мг/г, по фосфору -2,9 мг/г. Из рис. 3 видно, что изотерма сорбции анионита по фосфору представляет собой прямую линию. Возможно, что при изучаемых концентрациях фосфора не достигается полнота насыщения всех функциональных групп сорбента фосфором из-за низкого его содержания в растворе, т.е. приведенная изотерма сорбции фосфора является только начальным участком полной изотермы сорбции фосфора.

При изучении влияния фосфат ионов на сорбцию урана анионитом АМП фосфаты вводились в урансодержащий раствор в виде фосфорной кислоты или её трехзамещенной натриевой соли. Результаты опытов на рис.1-4.

Рисунок 1. Изотермы сорбции урана на анионите АМП при содержании кислотной формы фосфата в растворе пересчете на фосфор: I-0 г/л, II -0,3 г/л, III-0,5 г/л

Рисунок 2. Зависимость емкости анионита по фосфору от содержания урана в растворе: I-содержание фосфора 0,3 г/л. II -содержание нитрат-иона в растворе 0,5 г/л

Рисунок 3. Изотермы сорбции урана на анионите АМП при содержании солевой формы фосфата в растворе пересчете на фосфор: I-0 г/л, II -0,3 г/л, III-0,8 г/л

Рисунок 4. Зависимость емкости анионита по фосфору от содержания урана в растворе: I-содержание фосфора в растворе 0,3 г/л; II -содержание фосфора в растворе 0,8 г/л

Из рис.1 видно, что при концентрации вводимого фосфата, в виде фосфорной кислоты, 0,5 г/л в пересчете на фосфор емкость анионита по урану снижается. В присутствие же фосфат-ионов количестве 0,3 г/л равновесные емкости анионита по урану повышаются с увеличением концентрации ура на в растворе более 0,04 г/л.

Влияние концентрации солевой формы вводимого фосфата показано на рис.3. Как видно из рис. 3 в присутствии фосфат-иона, концентрацией 0 ,3 г/л в пересчете на фосфор равновесные емкости по урану возрастают с повышением концентрации урана в растворе от 0,005 г/л до 0,130 г/л. При концентрации фосфат-иона 0,8 г/л по фосфору емкости анионита по урану снижаются при содержании урана в растворе в пределах 0,005 г/л -0,015 г/л. С увеличением концентрации урана выше 0,015÷0,220 г/л емкость анионита по урану повышается и начинаем снижаться при дальнейшем увеличении концентрации. Сорбция фосфата анионитом в этом случае показана на рис.2 и 4.

Как видно из этих рисунков емкость анионита по фосфату в пересчете на фосфор повышается с увеличением концентрации урана в растворе в отличие от сорбции хлор и нитрат-ионов в присутствии урана. Влияние на сорбцию фосфат-иона оказывает форма нахождения его в растворе. Так, емкости анионита по фосфору при концентрациях урана в растворе более 100 мг/л и фосфата. 0,3 г/л по фосфору, для солевой форм фосфора одинаковы. При концентрации урана менее 100 мг/л и особенно менее 30 мг/л емкость анионита по фосфору выше там, где фосфор вводили в раствор в виде соли.

В присутствии урана емкость анионита по фосфату в пересчете на фосфор увеличивается по сравнению с сорбцией его из чистых фосфорсодержащих растворов.

Так, при концентрации фосфата 0,3 г/л в пересчете на фосфор емкость анионита по фосфору в отсутствие урана составляет 1,2÷1,3 мг/г, а при концентрации урана в растворе 0,03 г/л емкость анионита по фосфору возрастает до 2,2 мг/г для солевой формы. При увеличении концентрации урана до 0,3 г/л емкость анионита по фосфору увеличивается до 7 мг/г.

Список литературы:

1. Sharafutdinov U.Z., Rajabboyev I.M., Qodirov A.O’., Xalilova H.R.Texnologik eritmalardan uranni sorbsiyali ajratib olishda xlor ionlarini ta’sirini tadqiq qilish. O’zbekiston konchilik xabarnomasi. – Navoiy, 2022. – №1. 64-66-b.
2. Аликулов Ш.Ш., Курбанов М.А., Шарафутдинов У.З., Ражаббоев И.М., Юлдашев Ш.Ш. Исследования поведения кремнезема и органики в продуктивных растворах подземного выщелаchивания урана и их влияния на процесс сорбции урана. Универсум: техниchеские науки. – Москва, 2023. ‒ №2 (4) – С. 22-27.
3. Sharafutdinov U.Z., Rajabboyev I.M., Qodirov A.O’., Xalilova H.R. Uranni qayta ishlash jarayonlarida kremniy ionlari ta’sirini tadqiq qilish. O’zbekiston konchilik xabarnomasi. – Navoiy, 2023. – №1. 81-83-b.
4. Шарафутдинов У.З., Ражаббоев И.М., Эшонова Г., А., Журакулов А.Р. Исследования влияния нитрат ионов на процесс получение урана. Универсум: техниchеские науки. – Москва, 2023. ‒ №5 (110) – С. 22-27.