Способ получения неорганического сорбента для извлечения урана из растворов Советский патент 1992 года по МПК B01J20/06 C01G43/00 

Изобретение относится к способу поогучения сорбционных материалов,:предназначенных для извлечения микрокомпонентов из природных вод, и может быть использовано в химической технологии, в частности в технологии получения урана из морской воды.

Для извлечения урана из морской воды известны различные сорбенты, наиболее перспективными из которых.являются неорганические сорбенты,на основе соединений титана. Например,. известен сорбент для извлечения урана, состоя1Ц1й из 9-11 мас.% гидратированной двуокиси титана и активированного угля (остальное)„ Известный сорбент готовит нанесением на активированный yrojifb слоя двуокиси титана,..

Степень сорбции урана этим сорбентом равна 1,6 мг урана на 1 г сорбента.

Однако указанный сорбент обладает малой механической прочностью, не

О позволяющей проводить процесс сорбции

о на больших скоростях потока морской воды или в режиме псевдоожиженного слоя с подачей воды в колонну снизу вверх, что препятствует его использованию в многоциюгачных сорбционных процессах.

Дня увеличения механической и физико-химической устойчивости сорбентов их получают в виде сферических гранул.

Наиболее бJШзким по технической сутщости и достигаемому результату к о.пцсываемому является способ полу- чения неорганического сорбента для извлечения урана из растворов, включалэтций электролиз смеси водных растворов четыреххлористого титана и сол четырехвалентного циркония до достижения атомного соотношения С1:Ме 0,,45, Нагревание образовавшегося смешанного-золя циркония и тита на до достижения вязкости 3-70 сСт,его последующее капельное диспергирование в смесь водного раствора аммиака и водонерастворимой органической жидкости, промывку и сушку при Повьш1енной температуре готового продукта.. По данному способу сорбент получа ют 3JteKTpojiH3OM водного раствора четыреххлористого титана- с концентрацией по TiOg 1 моль/л. в присутствии циркония, добавленного в виде ZrOCl2 , Полученный таким образом анионодефицитный золь нагревают и капел но диспергируют в смесь водного раст вора аммиака и несмешивающегося с ним органического растворителя. Данный сорбент Обладает значительной механической прочностью и хоропшми сорбционными характеристиками. Гранулы сорбента имеют форму, близкую к сферической. Механическая прочность таких гранул составляет 400-700 кг/с насыпная плотность 1,05 г/см, предельная емкость по урану составляет, мг/г: при сорбции из морской воды 2,0; при сорбции из сложных, солевьгх систем . 150. Процент извлечения урана из морской воды составляет 50% при высоте слоя сорбента 40 см и скорости фильтрации 3,5 м/ч. Указаннаые вьш1е характеристики сорбента позволяют использовать его как в статическом, так и.динамическом режимах, и в режиме псевдокипяш;его слоя. Однако насыпной вес сорбента недостаточно велик, в связи с чем затруднено использование его при больших скоростях фильтрования в режиме псевдокипящего слоя. Недостаточная насьшная масса сорбента приводит к потерям сорбента в процессе фильтрования морской воды при больших линейных скоростях потока. Кроме того, при многогщкличном использовании данный сорбент на 20-30 теряет свои первоначальные сорбцион 4 ные характеристики по отношению к урану. Целью изобретения является получение неорганического сорбента, обладающего стабильными характеристиками по отношению к урану в многоцикличном сорбционном процессе в режиме кипящего слоя. Поставле шая цель достига ется описываемым способом получения неорганического сорбента для извлечения урана из растворов, вклпочающем электролиз смеси водных растворов четыреххлористого титана и соли четырехвалентного циркония в присутствии хпоридов олова и/или железа в кол1ичестве 5-30 мас.% по отношению к суммарному содержанию циркония и титанй до атомного соотношения С1:Ме 0,1-0,45, нагревание образовавшегося смешанного золя металлов - до достижения вязкости 3-70 сСт, его последующее капельное диспергирование в смесь водного раствора аммиака-и водонерас воримой жидкости, промывку и сушку при повышенной температуре готового продукта в виде сферических гранул. Отличительным признаком способа . является то, что электролиз ведут в присутствии хлоридов олова и/или железа- Другое отличи способа состоит в том, что хлориды олова и/или железа вводят в количестве 5-30 мас.% по отношению к суммарному содержанию циркония и титана Технология получения сорбента по .описываемому способу заключается в том, что моль/л (по TiOg.) р.астворы четыреххлористого титана смешивают с солью цирконияj например с его цирконилхлоридом в соотношении 5099 мас.% TiO, остальное двуокись циркония (в пересчете на готовый безводный продукт), затем добавляют хлориды олова и/или железа в вьш1е приведенном соотношении (5-30 мас.%), проводят электролиз полученной смеси до атомного соотношения С1;Ме 0,1-0,45. Затем полученный аниондефицитный золь нагревакзт при 40-80 С до достижения вязкости 3-70 сСг с последующим капельным диспергированием полученного при этом аниондефицитного золя в слой водного раствора аммиака и сразу же в слой водонераст- |воримой органической жидкости типа ;веретенного или трансформаторного масла, . Затем полученный сферический гид1рогель отмывают от масла и сушат при повьпиенной температуре (120-150 С) с поогучением готового продукта в вид асферических гранул Электролитическое получение смеша ного золя гидратированной двуокиси титана с гидратированными окислами 1щркония, железа и/или олова позволя ет получить равномерное распределени компонентов во всем объеме гранул, образуюпщхся в процессе капельного диспергирования. Это приводит к полу чению сорбента, обладающего повышенн насыпной массой и равномерным химиче ким составом. Механическая прочность сорбента составляет при этом 300- , 600 кг/см, Основные сорбционные характеристики по отнЬшению к урану практически не изменяются по сравнен с известным сорбентом,- а их стабильность в многоцикличном сорбционном процессе возрастает на 20-30%. i Пример 1, Проводят электро{лиз водного раствора четыреххлористого титана с концентрацией пб TiO. 1 моль/л в присутствии четырех валентного циркония (добавленного в виде ZrOCL 8Н2,0) в количестве 5 мас по отношению-к титану. Электролиз ведут до достижения атомного соотнош :ния С1:Ме 0,3 без введения солей металлов. Полученный золь нагревают до 70°С для - увеличения его вязкости . и затем капельно диспер1ируют в концентрированный раствор аммиака. Гранулы геля отмывают от электролитов дистиллированной водой и сушат при 150°С, Полученный продукт представр яет собой сферические гранулы.диа- |метром 0,4-1,0 мм с механшхеской прочностью 360 кг/см, Насыпной вес . полученного сорбента составляет 1,05 г/смз, j Пример 2, Проводят электро 1лиз раствора хлорида титана аналогич но описанному в примере 1 с добавками хлорида циркония и железа (истин,ный удельный вес равен 6,4г/см) Полученный сорбент имел состав: 7,rOz 1,0 мас,%, 30 мас.%, TiOj 69 мас,%. Насыпная масса сорбента составила 1,35 г/см. Пример 3. Согласно методике приведенной в примере 2, был получен образец состава: ZrOz 50 мас,%, 4 6 5 мас,%, TiOg 45 мас.%. Насыпная масса сорбента составила 1,2 г/см, Пример4 Согласно методике, описанной в примере 2, получают образец состава, мас,%.; ZrO 25%, РеОз 15%, TiOz 60%. Насыпная масса сорбента составила 1,38 г/см, Пример 5, Проводят поогучение сорбента по примеру 1 с добавкой хлоридов циркония и олова (истинный удельнЪхй вес SnO равен 8 г/см). Полученный сорбент имел состав, мас,%: ZrOj: 5%, . 15%, TiOg 80%, Насыпная масса сорбента составила 1,4 г/см, В табл. 1 и 2 приведены зависимости насыпного веса полученных по примерам 2 и 5 образцов от содержания в них железа 1ши олова. Пример 6. Проводят сравнительные испытания стабильности сорбционных характеристик сорбента, полученного по примеру 5 (с содержанием двуокиси олова 30 мас.%) и сорбентапрототипа, который является в настоящее время нашгучшим в СССР по своим сорбционным свойствам, т.е. базовым объектом. Испытания проводят на мо- дельном урановом растворе, имеющем рН 9,15 и содержащем 2 г/л урана в виде карбонатных комплексов, Регене;раци)о ведут раствором 1 моль/л азот:Ной кислоты, Бьию установлено, что jB too циклах сорбции-десорбции : емjKOCTb сорбента, полученного по описываемому способу, по урану и его физико-химические характеристики .практически не изменяются по сравнению с ухудшением на 20-30% аналогичных показателей для сорбента прототипа. Результаты укрупненных испытг ний описываемого сорбента в реальных условиях (с использованием воды Каспийского моря) показали, что при времени прокачивания воды со скоростью до 100 м/ч, что соответствует режиму кипящего слоя, обменная сорбционная емкость данного ионита в течение 70 сут. сохраняется на уровне ЗООмкг/г, что соответствует ее значению для исходного образца. Технико-экономическая эффективность предложенного способа обусловлена тем, что он позволяет при сохра- нении стабильными первоначальных сорбционных характеристик л/в 5 раз повы7сить производительность режиме кипящего слоя за

1,12 1,38 1,35 1,15

1,15- 1,25 1,42 1,31 1,40

15

25 30

Таблица 2

25 30

15 1110004 процесса в . увеличения скорости пропускания растсчет резкого вора. Таблица 1

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НЕОРГАНИЧЕСКОГО СОРБЕНТА ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ УРАНА ИЗ РАСТВОРОВ, включаюпщй электролиз смеси водных растворов четыреххлористого титана и соли четырехвалентного циркония до атомного отношения С1: Me 0,1-0,45, нагревание образовавшегося смешанного золя металлов до достижения, вязкости 3-70 сСт, его последующее капельное диспергйролание в смесь водного раствора аммиака и водонерастворимой органической жи/т;кости, промывку и сувшу при noBbmiBHной температуре готового продукта в виде сферических гранул, о т л и ч а ю п( и и с я тем, что, с целью стабилизации сорбционных характеристик сорбента по урану в многотщкличном сорбционном процессе, его извлечения в режиме кипящего слоя, .электролиз ведут в присутствии хлоридов олова и/или железа. 2. Способ по п. 1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что хлориды олова и/или железа вводят в количестве 5-30 мас.% по отношешпо к суммарному содержанию 1щркония и титана. (Л С