Сорбент на основе двуокиси титана для извлечения урана из солевых растворов Советский патент 1992 года по МПК B01J20/06 

/ Изобретение относится к техТ 6л6{ии сорбционных материалов, преднаэГ начейных для извлечения редких радиоактивных элементов, в частности ура.на.

Известен сорбент на основе соеди нений титана, например, гранулированная гидроокись титана lj.

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

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

Однако для известного сорбента характерны недостаточно высокая механическая прочность, не позволяющая проводить процесс сорбции при больи1их скоростях потока морской воды

у или 8 режиме псевдокипжцего слоя I с подачей волы . в колонну снизу, а также его невысокие кинетические свойства.

Цель изобретения - повышение механической прочности сорбента и увели00чение эффективности извлечения ураона из солевых растворов.

Ч)

Поставленная цель достигается тем, что сорбент на основе двуокиси титана содержит двуокись циркония

о при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Двуокись циркония . J Двуокись титана 50-39

Пример 1. Золь двуокиси THf;Тана с различным содержанием двуоки-; си циркония в солянокислом растворе капельно диспергируют в раствор аммиака. Гранулы отмывают от аммиака и сушат при . Продукт предг ставляет собой химически прочные гранулы, близкие к сферической форме. Насыпная плотность сор бёнтэ 1.055 г/см, механическая прочность кг/см, удельная поверхность (по БЭТ) 200-300 , средний диаметр А, удельный объем пор 0,32 см /г. Лиалогимным образом варьируют содержание циркония в сорбенте от I до 50, ) Пример 2.В термостатируеиую при 25,0+1 С с помощью термостата UT--1 стеклянную пробирку помещают 50 мг сорбента зернением 1 мм, состоящего из твердого раство ра двуокисей титана и циркония. В пробирку добавляют 9 мл карбонатсодержащего раствора урана, мечбнно го ураном - 233, с заранее определе ной удельной bi-радиоактивностью раствора. Состав раствора: Na G,kB г-ион/л, Kt. 0.053 г-ион/л, ,01 г-ион/л, иоГ9,210 г-ион/л ,ОЯ9 г-ион/л, С1 0,5бг-ион/л, ,0- г-иои/л, рН 7,5. Перемешивание раствора с сорбентом про изводят с помощью лопастной мешалки. По истечении определенных промежутков времени (5,10,20,30,60,120 2W и ЗбО мин) отбирают пробы раствора по 0,025 мл для измерения удел ной 0( -радиоактивности раствора, к торое производят с помощью прибора 2i51 1M.Протока. На основании полученных результатов рассчитывают мольное отношение урана в твердой фазе (мот) по формуле МОТ .()х . lOOm-My Ip,o у(100-а)М ;02- МггоЛ, исходная концентрация урана в растворе, г/мл объем раствора, члг масса соорбента, rj атомная масса -урана, УД.ед. молекулярная масса лву тЮг окйси титана, уд.ед. , г-,0г молекулярная масса дву окиси циркония, уд.ед. P.t t,o текущая и исходная уде ные ftd -радиоактивност раствора, имп/с мп, содержание двуокиси ци кония в сорбенте, вес. или с учетом условий эксперимента МОТ я 7,5бЗ10Ч 1р,о X(i - .) (7990+i 3,32a) ip.o Полученные таким образом результаты обрабатывают с помощью .уравнения Ерофеева . (1-MOT)J InK+hlnt где К - константа скорости топохи-. мической реакции сорбции урана, t - продолжительность .эксперимента, с Для получения удобных для интерпретации результате/а величины константы скорости топохимической реакции сорбции К (с ) использовали ношение Саковича , „ - 1пК 1пК Inn 4- В табл. 1 представлены величины константы скорости топохимической реакции сорбции К, а также емкости сорбента по урану при сорбции последнего из карбонатсодержащих растворов сорбентами, содержащими твердый раствор двуокисей ти.тана и циркония при соотношении компонентовf TiOg 50-99 Sr02- остальное. Кроме того, в табл. 1 приведены результаты исследования сорбции урана в аналогичных условиях на чистых двуокисях титана и циркония, полученных вышеуказанным методом. Из представленных в табл. 1 данных следует, что с увеличением содержания Т10г от 1 до 20 вес.% происходит существенное улучшение сорбционных характеристик сорбента (увеличение константы скорости топохимической реакции сорбции и емкости сорбента по урану, достигаемой за б ц эксперимента в статических условиях), что связано с увеличением поверхностной разупорядоменности двуокиси титана при введении в нее двуокиси циркония. Дальнейшее увеличение содержания двуокиси циркония в сорбенте от 20 до 50 вес.% приводит к уменьшению сорбциониых характеристик сорбента, но при этом они остаются более высокими, двуокиси титана, не содержащей циркония. Это уменьшение сорбциоиных характеристик сорбента связано с отсутствием сорбционной способности по отношению к урану у чистой двуокиси циркония. 5 Пример З.В сорбционную ко лонку сечением 0,85 см и высотой 20 см загружают 10 г гранулированного сорбента зернением 1 мм, содержащего 5 весД двуокиси циркония. Через колонку в динамических условиях при комнатной температуре со скоростью 10 мл/мин пропускают 100 мл карбонатсодержащего раствора урана по примеру 2. Концентрации И.ОНОВ СОз и ИОг в раст воре соответственно 2,6 «10 и 8,k ;ГПГ г-ион/л, рН 7,5-8,0. Лля контроля величины сорбции урана в раствор вводили метку урана 233. Прошедший через колонну раствор собирают и определяют по примеру 2 ег Об-радиоактивность. Было показано, что в указанных условиях извлечение урана из раствора составляет 9S,5%. Достигнутая при этом емкость сорбен та по урану равна мг урана на 1 г сорбента или мг-экв/г. Пример f В сорбционную к лонну сечением см и высотой «S см загружают l800 г сорбента, с держащего 5 вес.% двуокиси циркония Величина загрузки колонны сорбентом составляет 23 единицы загрузки. В ко лонну снизу подают морскую воду с температурой 19,7С, соленостью 33,8%, 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 6 82 тонн морской воды отбирают порции сорбента для анализа на содержание урана спектрофотометрическим методом с использованием арсеназо 111. Результаты анализа показывают, что из пропущенной морской воды выделено 120 мг урана, что составляет 0% урана,содержащегося; в пропущенной морской воде. При пересчете на загрузку колонны сорбентом извлечение урана составляет 2,1% на единицу загрузки колонны. Потерь сорбента при контакте с морской водой в псевдокипящем слое в течение 2 сут не обнаружено. Сравнительные данные по использованию известного и предлагаемого сорбента представлены в табл. 2 Сопоставление полученных результатов позволяет сделать вывод, что извлечение урана из солевых растворов предлагаемым сорбентом происходит в v 5 раз эффективнее. Более того, механическая прочность предлагаемого сорбента значительно ( раз) выше известного, что позволяет использова-ть его при больших скоростях потока солевых растворов, в частности морской , в режиме псевдокипящего слоя. Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет значительно повысить скорость извлечения урана, увеличить эффективность сорбции А/в 5 раз и 20 раз увеличить механическую прочность сорбента.

-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

Т а б л и ц а 1

Активирован- Двуокись тиный уголь + тана, содер+ TiOgH O жащая от 1 Зернение до 50 вес.%

Механическая прочность сорбента, кг/см Режим сорбции Динамический Сорбция в

.Загрузка колонны, единицы загрузки (TiO г/см ) Линейная скорость пропускания морской воды (V), см/м Процент извлечения урана из морской воды Процент извлемения урана единицей загрузки колонны (Л) Коэффициент эффективности извлечения урана, равный

«AV Таблица 2 двуокиси циркония. Зернение 1 мм

i 00-700

псевлохипяадем

слое

23

30

50 2.1

63