Сорбент на основе двуокиси титана для извлечения урана из солевых растворов

8 О 1 Л 20/06 НИЕ ИЗОБРЕТЕНми саивтвгвстви . ИС 09683/26.Г.Малых Яос",49-648,09.01.74. С, 1.Изобретениегии сорбционныхначейных для извлактивньа элемен осится к технбло- териалов, предназ".ечения редких радиоов, в частности ура,н Известен сорбент на осн,нений титана, например, грная гидроокись титана Я ,Недостатком указанного сорбентаявляется его малая механическая прочность и невысокая сорбируюаая способность (0,50-0,55 мг урана на 1 тТхОу).Наиболее близким к предлагаемомупо составу и достигаемому эффектуявляется сорбент, состоящий из гидратированной двуокиси титана и ак"тйвированного угля (остальное) 2,Однако для известного сорбентахарактерны недостаточно высокая механическая прочность, не позволяющаяпроводить процесс сорбции при больове соеди- анулирован редее(21) 28 (22) 22 (46) 15 (71) Ин ской хи (72) В. В.Ф.Гон и Б.Ф.М (53) 66 (56) 1.7,2, 172. П кл. 10 2"154)(57) СаРБЕйт НА ОСНОВЕ ДВУОКИСИ ТИТАНА ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ УРАНА ИЗ СОЛЕВЫХ РАСТВОРОВ, о т л и ч а -. ю а и й 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, масА:Двуокись циркония 1"50Двуокись титана 50"59 Ф лих скоростях потока морской воды или в режиме псевдокипяаего слоя , 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. 0Поставленная цель достигается со тем, что сорбент на основе двуокиси в титана содермит двуокись циркония ,при следующем соотношении компонен"О тов, весА: Двуокись циркония . .1-.50 Двуокись титана 50-99в П р и м е р 1. Золь двуокиси тиф,тана с различным содержанием двуокиси циркония в солянокислом растворе капельно диспергируют в раствор аммиака. Гранулы отмывает от аммиака и сушат при 150 вС. Продукт иставляет собой химически прочны(по БЭТ) 200-300 и /г, среднийдиаметр пор40 А, удельный объемпор 032 см /г. Аналогичным образом3варьируют содержание циркония всорбенте от 1 до 504,П р и и е р 2, В термостатируемую при 25,0+1 С с помощью термостата БТстеклянную пробиркупомещают 50 мг сорбента эернениеммм, состоящего из твердого раствора двуокисей титана и циркония.В пробирку добавляют 9 мл карбонатсодержащего раствора урана, меченного ураном - 233, с заранее определенной удельной М -радиоактивностью 20раствора. Состав раствора: Яа,Й, -оБО 0,079 г"ион/л, С 1 0,56 г-ион/л,СО,0 10г-ион/л, рН 7,5. Перемешивание раствора с сорбентом про"изводят с помощью лопастной мешалки. По истечении определенных промежутков времени (5,10,20,30,60,120,240 и 360 мин) отбирают пробы раствора по 0,025 мл для измерения удельной б "радиоактивности раствора, ко"торое производят с помощью прибора2451-1 И."Протока". На основанииполученных результатов рассчитываютмольное отношение урана в твердой 35Фазе (ИОТ) по ФормулеВ 3 ро ч 1 Ря,МОТ = --- - --- (1 - -- ) х1 ООщ М 0 ТР 0 .1(10 ю-)и . +,и 146где 10 - исходная концентрацияурана в растворе, г/мл;Р.оЧ - обьем раствора, мл;ш - масса соорбента, г, 45И 1 - атомная масса урана,уд,ед.И .ч - молекулярная масса рвуТтбокиси титана, уд.ед.,И О - молекулярная масса дву- р). Орокиси циркония, уд.ед.,1 Р, 1 Р 0" текущая и исходная удель.ные М, -радиоактивностираствора, имп/с .мл,а " содержание двуокиси цир- укония в сорбенте, вес,ьили с уцетом условий эксперимемтаИОТ . 7,563 .10 Гц 3 р в у (1 - ) (7990 + 43,32 а)1 р,Р,оПолученные таким образом результаты обрабатывают с помощью уравнения ерофеева1 п-1 п(1-МОТ)1 = 1 пК + ЫпЕ где К - константа скорости топохи-,мицеской реакции сорбцииа а, и- продолжительность .экспери"мента, сДля получения удобнь 1 х для интерпретации результатов величины константы скорости топохимической реакции сорбции К (с ") использовали соотношение Саковича,В табл, 1 представлены велицины 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 компонвнтов 1 ТО 50-99; ЯгО- остальное. Кроме того, в табл, 1 приведены результаты исследования сорбции урана в аналогичных условиях на чистых двуокисях титана и циркония, полученных вышеуказанным методом.Иэ представленных в табл. 1 данных,следует, что с увеличением содержания ЕгО в Т 10 от 1 до 20 вес.ь происходит существенное улучшение сорбционных характеристик сорбента (увеличение константы скорости топохимицеской 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.ь приводит к уменьшению сорбционных характеристик сорбента, но при этом они остаются более высокими, чем у двуокиси титана, не содержащей цир" кония, Это уменьшение сорбционных характеристик сорбента связано с отсутствием сорбционной способности по отношению к урану у чистой двуокиси циркония.ЕпО а е 4 В4,01101,38 101,43101,83 1 О2,68 О3,13101,081 О г4,33 104 03 10 ф 100 99,0 01.01,35,29,9.19,940,249.750,0100 3,79 О фф 3,62 10 ф 3,8110-ф 5.79 1 О 8,4110 ф 9,291 О1,ж,КО 5,66 10 3,81.100 98,7 94,8 90, 80,1 59,8 50,3 50,0 5 89П р и м е р 3, В сорбционную колонку сечением 0,785 см и высотой 20 см загружают О г гранулированного сорбента зернением м мм, содержащего 5 вес.Ф двуокиси циркония. Через колонку в динамических условиях при комнатной температуре со скоростью 1 О мл/мин пропускают 100 мл карбонатсодержащего раствора урана по римеру 2. Конг- г+ центрации ионов СО и Ог в раст-г воре соответственно 2,6 ф 10 и 8,4.Ф рТ 6 г-ион/л, рН 7,5-8,0. Для контроля величины сорбции урана в раствор вводили метку урана 233. Прошедший через колонну раствор собирают и определяют по примеру 2 его О(,-радиоактивность. Было показано, что в указанных условиях извлечение урана из раствора составляет 98,5. Достигнутая при этом емкость сорбен" та по урану равна 20 мг урана наг сорбента или О,с 4 мг-экв/г.П р и м е р 4, В сорбционную колонну сечением 3,.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 19,7 С, соленостью 33,8, содержанием урана 3 мкгУл 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 9 О 682 тонн морской воды отбирают порции.сорбента для анализа на содержание ура на спектрофотомет рическим мет одом с испол ь зова ни ем арсена зо 11 .Результаты анализа показывают, цтоиз пропущенной морской воды выделено 120 мг ура на, что соста вляет 50 Фурана, содержащегося, в пропущенной 1 О морской воде. При пересчете назагрузку колонны сорбентом извлече"ние урана составляет 2,1 на единицу загрузки колонны. Потерь сорбента при контакте с морской водой впсевдокипящем слое в течение 24 сутне обнаружено.Сравнительные даняые по использованию известного и предлагаемогосорбента представлены в табл, 2 20 Сопоставление полученных результатов позволяет сделать вывод, что извлечение урана из солевых растворовпредлагаемым сорбентом происходитв л 5 раэ эффективнее. Более того, 25 механическая прочность предлагаемого сорбента значительно ( 20 раэ)выше известного, что позволяет ис"пользовать его при больших скоростях потока солевых растворов, в ЗО частности морской воды, в режимепсевдокипящего слоя.Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет значительно повысить скорость извлечения урана, увеличить эффективностьсорбции л в 5 раз и " в 20 раз увелицить механическую прочность сорбента.899110 Табли ца 2 Показатели Сорбент Известный Предлагае- мый Двуокись ти" тана содержащая от 1 до 50 весА двуокиси циркония. Зернение 1 мм Активированный уголь ++ ТхО НОЗернение Сорбент Механическая 17-45прочность сорбента, кг/смРежим сорбции Динамический 400-700 Сорбция впсевдокипяйемслоеЗагрузка ко,3лонны, единицы загрузки(ТО г/см )Линейная ско-3рость пропускания морскойводы (Ч), см/минПроцент извле" 12-18 . чения урана изморской водыПроцент извле,6"5,4чения уранаединицей загрузки колонныКоэффициент 9,0-135эфФективностиизвлечения урана, равный 30 50 Редактор И.Юрковецкий Техред.М,Моргентал Корректор С.ШекмарЗаказ 2436 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж"35, Рауюская наб., д. 4/5 Производственно-иэдательский комбинат Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101