СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ РЕНИЯ ИЗ УРАНСОДЕРЖАЩИХ РАСТВОРОВ
METHOD OF EXTRACTING RHENIUM FROM URANIUM-CONTAINING SOLUTIONS

Настоящее изобретение относится к сорбционной гидрометаллургии рения и урана, в частности к способу извлечения рения из урансодержащих растворов.
Известен сорбционный способ извлечения рения и урана и последующего их разделения с использованием сильноосновных анионитов, например, АМП, АМп. Коллективную сорбцию рения и урана осуществляют из сернокислых растворов подземного выщелачивания урановых руд, разделение этих металлов происходит путем последовательной десорбции вначале урана, затем рения. Уран элюируют сернокислыми растворами (10-15% серной кислоты), а рений периодически - нитратными (80-90 г/л нитрат-ионов и 4-4,5% азотной кислоты). (Подземное выщелачивание полиэлементных руд / Н.П. Лаверов, И.Г. Абдульманов, К.Г. Бровин и др.; Под ред. Н.П. Лаверова. - М.: Издательство Академии горных наук, 1998. - 446 с. - С.222-223, 226-227; Ю.В. Нестеров. Иониты и ионообмен. Сорбционная технология при добыче урана и других металлов методом подземного выщелачивания. - М.: ООО ЮНИКОРН-ИЗДАТ, 2007. - 480 с. - С.326-327).
К недостаткам вышеуказанного способа относятся потери рения при сорбции, направленной на достижение полноты извлечения урана, необходимость использования для десорбции рения нитратных растворов, что требует проведения дополнительных операций для получения товарного продукта рения - перрената аммония, периодичность процесса десорбции рения. Это приводит к снижению эффективности процесса сорбционного извлечения рения.
th
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату при использовании является способ извлечения рения из урансодержащих растворов слабоосновными ионитами типа АН-21 и Purolite А 170. После совместной сорбции рения и урана рений десорбируют раствором аммиака (с концентрацией 3 моль/л), а затем после водной промывки сорбента элюируют уран раствором серной кислоты (100 г/л) или подкисленного нитрата аммония (pH 0,45) (Z.S. Abisheva, A.N. Zagogodnyaya. Rhenium in Kazakhstan. 7 International Symposium on Technetium and Rhenium - Science and Utilization. Book of Proceedings. July 4-8, 2011, Moscow, Russia (Eds. K.E. German, B.F. Myasoedov, G.E. Kodina, A. Ya. Maruk, I.D. Troshkina). Moscow: Publishing House GRANITZA, 2011. - 460 p. - P.214).
Недостатками этого способа являются загрязнение насыщенного рением анионита ураном из-за совместной сорбции металлов. Это приводит к необходимости проведения дополнительной операции десорбции урана, что сопровождается повышенным расходом реагентов, увеличением затрат на оборудование для элюирования урана.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение селективности ионитов по рению при сорбции из урансодержащих растворов, сопровождающееся снижением содержания урана в сорбентах.
Технический результат достигается тем, что в рений-урансодержащий раствор перед сорбцией добавляют раствор фульвеновой кислоты до создания в растворе ее концентрации 25÷300 мг/л, а сорбцию рения осуществляют при значении pH раствора 2,8÷3,5. Сорбцию проводят на сильноосновных и слабоосновных анионитах. При этом концентрация фульвеновых кислот в растворе составляет преимущественно 50÷100 мг/л.
При концентрации фульвеновой кислоты менее 25 мг/л уменьшение коэффициента распределения урана незначительно. Получение растворов фульвеновых кислот с концентрацией более 300 мг/л удорожает процесс, при этом коэффициент разделения рения и урана не изменяется.
При значении pH менее 2,8 карбоксильные группы фульвеновых кислот слабо диссоциированы, что приводит к незначительному взаимодействию урана с ними и снижению коэффициентов разделения рения и урана. При значении pH более 3,5 происходит осаждение уран-фульватных комплексов.
Осуществление процесса извлечения рения из урансодержащих растворов иллюстрируют следующие примеры.
Пример 1.
4
Для сорбции рения из сернокислого раствора, содержащего, мг/л: 10 урана; 10 рения, 10000 сульфат-ионов, pH 2,8 используют слабоосновный ионит с вторичными аминогруппами в полимерной матрице (Purolite А 170). Для сравнения сорбцию рения из того же раствора осуществляли в отсутствии фульвеновых кислот на том же ионите (прототип). Сорбцию рения ведут в статических условиях. После 4 контактов анионита в SO-форме с раствором в течение 20 ч при постоянном механическом перемешивании, соотношении объемов раствора и ионита 3000:1 (мл:г) и температуре 18÷20°С до равновесной концентрации урана и рения, равной концентрации их в исходном растворе определяли весовую емкость анионита по рению и урану и рассчитывали коэффициенты их распределения (табл.1). По данным коэффициентов распределения рассчитывали коэффициент разделения рения и урана как отношение коэффициентов их распределения (табл.1).
Таблица 1.
Концентрация фульвеновых кислот, мг/л
Сорбционная емкость ионита по рению, мг/г
Сорбционная емкость ионита по урану, мг/г
Коэффициент распределения рения, л/г
Коэффициент распределения урана, л/г
Коэффициент разделения рения и урана, S<sub>Re/U</sub>
0 (прототип)
42,7
10,2
4,27
1,02
4,2
25
42,4
7,6
4,24
0,76
5,6
50
42,7
ЗД
4,27
0,31
13,8
100
42,2
0,8
4,22
0,08
52,8
300
41,9
0,4
4,19
0,04
104,8
Пример 2.
4
Для сорбции рения из сернокислого раствора, содержащего, мг/л: 10 урана; 10 рения, 10000 сульфат-ионов, pH 3,0 используют слабоосновный ионит с вторичными аминогруппами в полимерной матрице (Purolite А 170). Для сравнения сорбцию рения из того же раствора осуществляли в отсутствии фульвеновых кислот на том же ионите (прототип). Сорбцию рения ведут в статических условиях. После 4 контактов анионита в SO-форме с раствором в течение 20 ч при постоянном механическом перемешивании, соотношении объемов раствора и ионита 3000:1 (мл:г) и температуре 18÷20°С до равновесной концентрации урана и рения, равной концентрации их в исходном растворе определяли весовую емкость анионита по рению и урану и рассчитывали коэффициенты их распределения (табл.2). По данным коэффициентов распределения рассчитывали коэффициент разделения рения и урана как отношение коэффициентов их распределения (табл.2).
Таблица 2.
Концентрация фульвеновых кислот, мг/л
Сорбционная емкость ионита по рению, мг/г
Сорбционная емкость ионита по урану, мг/г
Коэффициент распределения рения, л/г
Коэффициент распределения урана, л/г
Коэффициент разделения рения и урана, S<sub>Re/U</sub>
0 (прототип)
45,7
9,8
4,57
0,85
4,6
25
45,4
6,6
4,54
0,66
6,9
50
45,7
2,1
4,57
0,21
21,8
100
45,2
0,5
4,52
0,05
90,4
300
44,9
0,4
4,49
0,04
112,3
Пример 3.
4
Для сорбции рения из сернокислого раствора, содержащего, мг/л: 10 урана; 10 рения, 10000 сульфат-ионов, pH 3,5 используют слабоосновный ионит с вторичными аминогруппами в полимерной матрице (Purolite А 170). Для сравнения сорбцию рения из того же раствора осуществляли в отсутствии фульвеновых кислот на том же ионите (прототип). Сорбцию рения ведут в статических условиях. После 4 контактов анионита в SO-форме с раствором в течение 20 ч при постоянном механическом перемешивании, соотношении объемов раствора и ионита 3000:1 (мл:г) и температуре 18÷20°С до равновесной концентрации урана и рения, равной концентрации их в исходном растворе определяли весовую емкость анионита по рению и урану и рассчитывали коэффициенты их распределения (табл.3). По данным коэффициентов распределения рассчитывали коэффициент разделения рения и урана (табл.3).
Таблица 3.
Концентрация фульвеновых кислот, мг/л
Сорбционная емкость ионита по рению, мг/г
Сорбционная емкость ионита по урану, мг/г
Коэффициент распределения рения, л/г
Коэффициент распределения урана, л/г
Коэффициент разделения рения и урана, S<sub>Re/U</sub>
0 (прототип)
51,1
11,6
5,11
1,16
4,0
25
46,7
11,7
4,67
1,17
4,4
50
42,1
6,5
4,21
0,65
6,5
100
40,6
2,9
4,06
0,29
14,0
300
38,7
0,8
3,87
0,08
48,4
4
Пример 4. Для сорбции рения из сернокислого раствора, содержащего, мг/л: 10 урана; 10 рения, 10000 сульфат-ионов, pH 2,8 используют сильноосновный ионит (Purolite А 600). Для сравнения сорбцию рения из того же раствора осуществляли в отсутствии фульвеновых кислот на том же ионите. Сорбцию рения ведут в статических условиях. После 4 контактов анионита в SO-форме с раствором в течение 20 ч при постоянном механическом перемешивании, соотношении объемов раствора и ионита 3000:1 (мл:г) и температуре 18÷20°С до равновесной концентрации урана и рения, равной концентрации их в исходном растворе определяли весовую емкость анионита по рению и урану и рассчитывали коэффициенты их распределения (табл.4). По данным коэффициентов распределения рассчитывали коэффициент разделения рения и урана (табл.4).
Таблица 4.
Концентрация фульвеновых кислот, мг/л
Сорбционная емкость ионита по рению, мг/г
Сорбционная емкость ионита по урану, мг/г
Коэффициент распределения рения, л/г
Коэффициент распределения урана, л/г
Коэффициент разделения рения и урана, S<sub>Re/U</sub>
0
37,3
21,8
3,73
2,18
1,7
25
37,1
19,0
3,71
1,90
1,9
50
37,1
13,5
3,71
1,35
2,7
100
37,1
10,4
3,71
1,04
3,6
300
35,1
8,4
3,51
0,84
4,2
4
Пример 5. Для сорбции рения из сернокислого раствора, содержащего, мг/л: 10 урана; 10 рения, 10000 сульфат-ионов, pH 3,0 используют сильноосновный ионит (Purolite А 600). Для сравнения сорбцию рения из того же раствора осуществляли в отсутствии фульвеновых кислот на том же ионите. Сорбцию рения ведут в статических условиях. После 4 контактов анионита в SO-форме с раствором в течение 20 ч при постоянном механическом перемешивании, соотношении объемов раствора и ионита 3000:1 (мл:г) и температуре 18÷20°С до равновесной концентрации урана и рения, равной концентрации их в исходном растворе определяли весовую емкость анионита по рению и урану и рассчитывали коэффициенты их распределения (табл.5). По данным коэффициентов распределения рассчитывали коэффициент разделения рения и урана (табл.5).
Таблица 5.
Концентрация фульвеновых кислот, мг/л
Сорбционная емкость ионита по рению, мг/г
Сорбционная емкость ионита по урану, мг/г
Коэффициент распределения рения, л/г
Коэффициент распределения урана, л/г
Коэффициент разделения рения и урана, S<sub>Re/U</sub>
0
38,3
20,0
3,83
2,0
1,9
25
37,6
18,0
3,76
1,8
2,1
50
37,8
12,5
3,78
1,25
3,0
100
37,6
9,7
3,76
0,97
3,9
300
35,4
7,4
3,54
0,74
4,8
4
Пример 6. Для сорбции рения из сернокислого раствора, содержащего, мг/л: 10 урана; 10 рения, 10000 сульфат-ионов, pH 3,5 используют сильноосновный ионит (Purolite А 600). Для сравнения сорбцию рения из того же раствора осуществляли в отсутствии фульвеновых кислот на том же ионите. Сорбцию рения ведут в статических условиях. После 4 контактов анионита в SO-форме с раствором в течение 20 ч при постоянном механическом перемешивании, соотношении объемов раствора и ионита 3000:1 (мл:г) и температуре 18÷20°С до равновесной концентрации урана и рения, равной концентрации их в исходном растворе определяли весовую емкость анионита по рению и урану и рассчитывали коэффициенты их распределения (табл.6). По данным коэффициентов распределения рассчитывали коэффициент разделения рения и урана (табл.6).
Таблица 6.
Концентрация фульвеновых кислот, мг/л
Сорбционная емкость ионита по рению, мг/г
Сорбционная емкость ионита по урану, мг/г
Коэффициент распределения рения, л/г
Коэффициент распределения урана, л/г
Коэффициент разделения рения и урана, S<sub>Re/U</sub>
0
38,5
25,7
3,85
2,57
1,49
25
38,3
24,8
3,83
2,48
1,54
50
41,8
23,4
4,18
2,34
1,79
100
37,6
20,1
3,76
2,01
1,87
300
36,2
18,3
3,62
1,83
1,98
Введение в рений-урансодержащий раствор фульвеновых кислот в
количестве 25÷300 мг/л позволяет не только уменьшить коэффициент распределения урана в ионите в 1,3÷17 раз и увеличить коэффициент разделения рения и урана в 1,2÷20 раз, но и улучшить технологические параметры процесса сорбции-десорбции рения. При этом из-за низкой емкости анионита по урану, наблюдаемой при осуществлении сорбции в оптимальных условиях (табл.2), отпадает необходимость проведения операции десорбции урана, что приводит к снижению расходов реагентов.
Заявляемый процесс в сравнении с прототипом обладает значительно лучшими сорбционно-десорбционными характеристиками, что обеспечивает:
- меньшую сорбционную емкость ионита по урану при сорбции;
- высокую степень разделения рения и урана на стадии сорбции;
- более высокую степень очистки товарного десорбата рения.
Вышеперечисленное позволяет улучшить технико-экономические показатели сорбционно-десорбционного процесса извлечения рения из урансодержащего раствора:
- сокращение расхода реагентов на десорбцию;
- уменьшение количества технологического оборудования;
- снижение капитальных и текущих затрат на процесс элюирования урана.