CC BY
175
В.И. Зеленин, А.Т. Садуакасова, В.И. Самойлов, Н.А. Куленова, Т.А. Зяпаева, О.А. Дрючкова
СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ УРАНА ИЗ РАЗБАВЛЕННЫХ РАСТВОРОВ И ПРИРОДНЫХ ВОД
Исследованы сорбционные характеристики ионитов при их использовании для сорбции урана из урансодержащего модельного раствора, имитирующего морскую воду. В качестве урансодержащего раствора применяли водный раствор аммонийуранилтрикарбона-та - (NH4)4[UO2(CO3)3], с содержанием основного вещества 96,6% масс. В результате проведенных исследований разработан способ извлечения урана из разбавленных растворов и природных вод с использованием шунгитсодержащего сорбента. Для его получения использовался шунгита Коксуского месторождения (Алматинская область). Получение шунгитсодержащего сорбента включает химическую активацию природного шунгита и последующее осаждение на его поверхности гидроксида цинка. В результате сорбции урана из имитата морской воды с использованием полученного сорбента получен насыщенный по урану сорбент, содержащий 6,35% урана. Ключевые слова: уран, сорбция, шунгит, гидроксид цинка, имитат морской воды.
В данных исследованиях в качестве имитата гидроминерального и техногенного урансодержащего сырья использовался раствор АУТК с концентрацией 5 мг/дм3 по урану. Принятая в экспериментах концентрация урана в исходном растворе АУТК (5 мг/дм3 по урану) обоснована тем, что наиболее богатые источники гидроминерального урансодержащего сырья характеризуются содержанием урана от 2,2 мг/дм3 до 60 мг/дм3 [1], а максимально допустимое содержание урана в сбросных растворах урановых производств оценивается в 15 мг/дм3.
Использованный в работе шунгит представляет собой угле-родсодержащий природный минерал [2]. Данный минерал занимает промежуточное место между аморфными и кристаллическими формами углерода, обнаруживая признаки тех и других веществ. Основным структурным элементом шунгита являются глобулы, представляющие собой сферические или эллипсоидальные углеродные образования размером в среднем 10 нм, внутри которых было установлено наличие пустот. Кро-
ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2016. № 9. С. 252-258. © 2016. В.И. Зеленин, А.Т. Садуакасова, В.И. Самойлов, Н.А. Куленова, Т.А. Зяпаева, О.А. Дрючкова.
УДК 556.551+ 556.314
Таблица 1
Химический состав Коксуских шунгитов, % масс.
С Si А1 Fe Mg Са № К
10,00 28,02 7,77 4,52 1,16 1,07 1,28 1,75
ме внутренних пустот шунгит имеет межглобулярные пустоты (или поры). Запасы использованного в данной работе шунгита месторождения Коксу значительны и оцениваются сотнями миллионов тонн. Шунгит, использованный в данной работе, имел крупность -0,1 мм. Результаты химического, рентгено-стурктурного и термогравиметрического анализа шунгита месторождения Коксу представлены в табл. 1 и на рис. 1 и 2.
В работе [3] приведены сведения об использовании неорганических и органических сорбентов для сорбции урана при отработке урансодержащего рудного и гидроминерального сырья. Показано [3], что ионообменные свойства по отношению к урану проявляют гидроксиды циркония, ванадия, титана, магния, никеля, кобальта, кадмия, меди, цинка, полученные осаждением из растворов, а также смешанные гидроксиды, полученные, например, совместным осаждением из растворов гидроксидов меди и никеля.
В работах [4, 5] описана возможность извлечения урана разбавленных растворов и природных вод с использованием в качестве сорбентов гидроксидсодержащих материалов. Преимуществом неорганических сорбентов перед ионообменными смолами яв-
Г |
4
1
5
С
г
Рис. 1. Рентгенограмма исходного природного шунгита в диапазоне углов отражения от 10° до 70°
Рис. 2. Результаты термогравиметрического анализа шунгита
ляется их селективность по отношению к урану при сорбции из разбавленных растворов с высоким солесодержанием. Общим недостатком считается невысокая сорбционная емкость.
Авторы работы [6] предложили применять для извлечения урана из морской воды смешанный гидроксид меди и никеля. Данный продукт ими получен замораживанием геля гидрокси-дов. Однако указанный ионит имеет недостатки — относительно низкую степень извлечения урана и относительно малую концентрацию урана в ионите по окончании процесса сорбции.
В данной работе решалась задача получения сорбента, позволяющего повысить степень извлечения урана в сорбент и получить более концентрированный по урану ионит по окончании процесса сорбции урана.
Авторами [7] получены гранулы гидроксидсодержащего материала, представляющего собой шунгит, модифицированный ги-дроксидами меди (II) и никеля, имеющий массовое соотношение шунгит : гидроксид меди (II) : гидроксид никеля, равное 16 : 1 : 4.
В данной статье решалась задача дополнительного повышения содержания урана в сорбенте и исключение стадии гранулирования сорбента при его получении.
В разработанном с данной целью способе извлечения урана из имитата гидроминерального и техногенного сырья сорбцию урана осуществляли на химически активированном шунгите крупностью +0,5—1,0 мм. Химически активированный шунгит модифицировали гидроксидом цинка при соотношении шунгит : гидроксид цинка, равном 7:1. Химическое активирование и модификация шунгита проведены по следующей методике.
Частицы шунгита выдерживали в течение 30 мин в сернокислом растворе сульфата цинка (рН1) с содержанием цинка 31 г/дм3. Затем в пульпу сорбента добавляли раствор едкого натра для осаждения гидроксида цинка (осаждение проводилось при рН8). Незакрепленный на поверхности шунгита гидроксид цинка декантировали из пульпы сорбента методом отмучива-ния. Модифицированный таким образом шунгит использовали для сорбции урана в динамических условиях, аналогичных условиям испытания сорбента из смеси шунгита и гидроксидов меди и никеля. Результаты испытания приведены в табл. 2.
Как видно из табл. 2, полная динамическая обменная емкость модифицированного шунгита выше, чем у сорбента из смеси шунгита и гидроксидов меди и никеля. В результате испытания получен 6,35%-ный по урану концентрат. Степень извлечения урана из раствора в разработанном способе по срав-
Таблица 2
Сравнительные данные по сорбции урана из имитата морской воды модифицированным шунгитом и сорбентом из смеси шунгита и гидроксидов меди и никеля
Характеристика Смесь шунгита и гидроксидов меди и никеля Модифицированный шунгит
Концентрация урана в исходном растворе, мг/дм3 5,0 5,0
Скорость фильтрации, м/час (см3/мин) 1,5 1,5
Высота слоя сорбента в колонке, мм 3 3
Объем раствора, пропущенного через колонку, дм3 10 10
Обменная емкость, мг/г 39,7 63,5
Степень извлечения урана из раствора 84,92 86,00
Элюент 1М (№),С03 1М ш2со3
Весовое отношение элюент/сорбент при 90%-ном вымывании урана 100:1 100:1
Наличие вещества сорбента в фильтрате нет нет
нению с известным способом увеличилась с 84,92 % до 86,00 % (табл. 1). Десорбция сорбированного урана проведена практически полностью (>90%) при одинаковом массовом соотношении элюент и сорбент.
Применение химически активированного серной кислотой крупнозернистого шунгита, модифицированного гидроксидом цинка, позволяет исключить использование гранул и получить более насыщенный по урану концентрат.
Выводы
1. Разработан способ модификации порошкообразного шунгита гидроксидами меди (II) и никеля, последующей грануляции модифицированного продукта и использование полученных гранул для извлечения урана из модельного раствора АУТК. Определены технологические параметры процесса сорбции урана на гранулах модифицированного шунгита. Результатами данных исследований показана возможность получения концентрата с содержанием урана 3,97%, что соответствует урановой руде сорта I («очень богатая руда»).
2. Разработан способ модификации химически активированного крупнозернистого шунгита гидроксидом цинка для извле-
чения урана из модельного раствора АУТК. Определены технологические параметры процесса сорбции урана с использованием модифицированного крупнозернистого шунгита. Результатами данных исследований показана возможность получения концентрата с содержанием урана 6,35%, что соответствует урановой руде сорта I («очень богатая руда»).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Самойлов В.И., Садуакасова А. Т. Гидроминеральное урансодер-жащее сырье // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2015. - № 6. - С. 96-104.
2. Мусина У. Ш, Самонин В. В. Известия СПбГТИ (ТУ). - 2013. -№ 19(45). - С. 39-41.
3. Садуакасова А. Т., Самойлов В. И., Зеленин В. И. Сорбенты, применяемые в химико-металлургических технологиях извлечения урана // Перспективные технологии, оборудование и аналитические системы для материаловедения и наноматериалов. Материалы XII Международной научной конференции. Т. 3. - Усть-Каменогорск: ВКГТУ, 2015. - С. 224-230.
4. Ласкорин Б. Н., Метальников С. С., Смолина Г. И. Извлечение урана из природных вод // Атомная энергия. - 1977. - № 43. - Вып. 6. -С. 472-476.
5. Андрианов А. М. и др. Сорбция урана промышленным образцом гидроокиси титана // Радиохимия. - 1977. - № 19. - Вып. 6. - С. 784-786.
6. Авторское свидетельство SU1349288 от 02.01.86.
7. Зеленин В. И., Садуакасова А. Т., Самойлов В. И., Куленова Н. А., Зя-паева Т. А. Способ извлечения урана из имитата морской воды с применением модифицированного шунгита // Материали за 12-а международна научна практична конференция. Т. 11. - София: «Бял ГРАД-БГ» ООД, 2016. - С. 8-10. ЕШЭ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Зеленин В.И.2 - доктор технических наук, профессор,
e-mail: [email protected],
Садуакасова А.Т.1 - докторант кафедры,
e-mail: [email protected],
Самойлов В.И.1 - доктор технических наук,
старший преподаватель, e-mail: [email protected],
Куленова Н.А.1 - кандидат технических наук,
ассоциированный профессор, зав. кафедрой,
e-mail: [email protected],
Зяпаева Т.А.2 - студент,
e-mail: [email protected],
Дрючкова О.А. - научный сотрудник филиала РГП «НЦ КПМС РК» «ВНИИцветмет», г. Усть-Каменогорск (Казахстан). 070010, Усть-Каменогорск, e-mail: [email protected],
1 Восточно-Казахстанский государственный технический университет им. Д. Серикбаева,
2 Уральский федеральный университет им. Б.Н. Ельцина.
UDC 556.551+ 556.314
Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2016. No. 9, pp. 252-258.
V.I. Zelenin, A.T. Saduakasova, V.I. Samoylov, N.A. Kulenova, T.A. Zyapaeva, O.A. Dryuchkova
METHOD OF URANIUM RECOVERY FROM DILUTE SOLUTIONS AND ENVIROMENTAL WATERS
Paper represents results of ion exchangers' sorption properties research at their using for uranium sorption from the uranium-containing test solution imitated sea water.
As uranium-containing solution aquatic solution of ammonium uranyl tricarbonate (NH4)4[UO2(CO3)3] with base material content 96,6 per cent were used.
In consequence of carried out research method of uranium sorption from dilute solutions and environmental waters by using of shungite-containing sorbent is worked out. The sorb-ent produced by using of Koksu deposite's shungite (Almaty region). Production of shungite-containing sorbent includes chemical activation of natural shungite and zinc hydroxide's precipitation on its surface. As the result of uranium sorption from sea water imitate by means of shungite-containing sorbent the sorbent rich by uranium containing 6,35 per cent of uranium were obtained.
Key words: uranium, sorption, shungite, zinc hydroxide, sea water imitate.
AUTHORS
Zelenin V.I.2, Doctor of Technical Sciences, Professor, e-mail: [email protected],
Saduakassova A.T.1, Doctoral Candidate, e-mail: [email protected],
Samoilov V.I.1, Doctor of Technical Sciences, Senior Lecturer, e-mail: [email protected],
Kulenova N.A.1, Candidate of Technical Sciences, Associated Professor,
Head of Chair, e-mail: [email protected],
Zyapaeva T.A.2, e-mail: [email protected],
Dryuchkova O.A, Research Assistance of RGP «NC KPMS RK»
«VNIItsvetmet» filial agency, 070010, Oskemen, Kazakhstan, e-mail: [email protected],
1 D. Serikbayev East Kazakhstan State Technical University, 070003, Oskemen, Kazakhstan,
2 Ural Federal University, 620002, Ekaterinburg, Russia.
REFERENCES
1. Samoylov V. I., Saduakasova A. T. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2015, no 6, pp. 96-104.
2. Musina U. Sh., Samonin V. V. Izvestiya SPbGTI(TU). 2013, no 19(45), pp. 39-41.
3. Saduakasova A. T., Samoylov V. I., Zelenin V. I. Perspektivnye tekhnologii, oborudo-vanie i analiticheskie sistemy dlya materialovedeniya i nanomaterialov. Materialy XIIMezh-dunarodnoy nauchnoy konferentsii. T. 3. (Advanced technologies, equipment and analytical systems for materials science and nanomaterials. XII International Scientific Conference Proceedings, vol. 3), Ust'-Kamenogorsk, VKGTU, 2015, pp. 224-230.
4. Laskorin B. N., Metal'nikov S. S., Smolina G. I. Atomnaya energiya. 1977, no 43, issue 6, pp. 472-476.
5. Andrianov A. M. Radiokhimiya. 1977, no 19, issue 6, pp. 784-786.
6. Copyright certificate SU1349288, 02.01.86.
7. Zelenin V. I., Saduakasova A. T., Samoylov V. I., Kulenova N. A., Zyapaeva T. A. Ma-teriali za 12-a mezhdunarodna nauchna praktichna konferentsiya. T. 11 (Материали за 12-а международна научна практична конференция, vol. 11), Sofiya, «Byal GRAD-BG» OOD, 2016, pp. 8-10.
