СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ РЕНИЯ ИЗ УРАНОВЫХ РАСТВОРОВ
METHOD OF EXTRACTING RHENIUM FROM URANIUM SOLUTIONS

Настоящее изобретение относится к гидрометаллургии рения и урана, в частности к способу сорбционного извлечения рения из урановых растворов.
Известен сорбционный способ извлечения рения и урана с использованием макропористых или гелевых сильноосновных анионитов, например Ambersep 920U, АМП, АМп. После совместной сорбции рения и урана из сернокислых растворов подземного выщелачивания урановых руд разделение металлов достигается путем последовательной десорбции вначале урана сернокислыми растворами (10-15% серной кислоты), затем рения периодически - нитратными (80-90 г/л (и выше) нитрат-ионов и 4-4,5% азотной (или 25 г/л серной) 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; А.Ю. Калинин, Г.Г. Андреев. Исследование десорбции рения с ионита Ambersep 920U для комплексной переработки растворов подземного выщелачивания урана // Известия Томского политехнического университета. 2012. Т. 321. №3. С. 54-59).
К недостаткам вышеуказанного способа относятся потери рения при сорбции, направленной на достижение полноты извлечения урана, необходимость использования для десорбции рения высококонцентрированных нитратных растворов, что требует проведения дополнительных операций для получения товарного продукта рения - перрената аммония, периодичность процесса десорбции рения. Это приводит к снижению эффективности сорбционного извлечения рения.
Известен способ сорбции рения из сернокислых или азотно-сернокислых растворов на макропористом или гелевом слабоосновном ионите, содержащем циклогексиламин, а в качестве матрицы стиролдивинилбензольный сополимер (АН-105-10П или АН-105-14Г) (Kholmogorov A.G., Kononova O.N., Kachin S.V. et al. Ion exchange recover and concentration of rhenium from salt solutions // Hydrometallurgy. 1999. V. 51. N 1. P. 19-35), элюирование рения с которого можно осуществить без использования нитратных растворов с растворами аммиака.
Данные по извлечению рения из урановых растворов анионитами этого типа отсутствуют.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату при использовании является способ извлечения рения из урансодержащих растворов слабоосновным ионитом типа Purolite А 170 на стиролдивинилбензольной матрице, содержащим группы вторичного амина. 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 или подкисленного нитрата аммония (Загородняя А.Н., Абишева З.С., Садыканова С.Э., Шарипова А.С. Сорбция рения и урана из растворов их совместного присутствия слабоосновным анионитом А170 // Цветные металлы. 2014. №5 (857). С. 53-60). Недостатком этого способа является 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 емкости ионита и селективности по рению при сорбции его из урансодержащих растворов и улучшение качества рениевых элюатов.
Технический результат достигается тем, что сорбцию рения из урановых растворов осуществляют на слабоосновном наноструктурированном ионите на стирол-акрилатной матрице, содержащем функциональную группу циклогексиламина (ионит-ЦГА) в количестве 1,9-3,0 мг-экв/г. Использование в качестве полимерной основы ионита-ЦГА наноструктурированных интерсетчатых сополимеров, состоящих из нескольких взаимопроникающих полимерных сеток, характерной особенностью которых является преобладание наноразмерных пор и отсутствие макропор, приводит к повышению доступности «глухих» участков матрицы и емкости по рению в 1,1-1,2 раза по отношению к прототипу.
Как результат взаимного проникновения и запутанности вторичных сеток локальные концентрации полимерных цепей возрастают, обеспечивая понижение диэлектрических констант в высокоосновной матрице и возрастание селективности ионита-ЦГА по рению при сорбции из урановых растворов.
При содержании ЦГА менее 1,9 мг-экв/г уменьшается емкость ионита по рению. Увеличение содержания ЦГА выше 3,0 мг-экв/г удорожает стоимость ионита.
Использование предлагаемого анионита позволяет получить более концентрированный элюат.
Осуществление процесса извлечения рения из урансодержащих растворов иллюстрируют следующие примеры.
Пример 1
Для сорбции рения из сернокислого раствора, содержащего, мг/л: 50 урана; 20 рения, 10000 сульфат-ионов, 1000 хлорид-ионов, рН 2,0, используют слабоосновный наноструктурированный ионит на стирол-акрилатной матрице, содержащий 3,0 мг-экв/г циклогексиламина (ионит-ЦГА). Для сравнения сорбцию рения из того же раствора осуществляли на слабоосновном ионите (прототип) со вторичными аминогруппами(Purolite А-170). Сорбцию рения осуществляли в статических условиях в течение 8 ч при постоянном механическом перемешивании, соотношении объемов раствора и ионита 2000:1 (мл:г) и температуре 22°С. По балансовому соотношению с учетом концентрации металлов в исходном и конечном растворах определяли весовую емкость анионита по рению и урану и рассчитывали коэффициенты их распределения (таблица 1). По данным коэффициентов распределения рассчитывали коэффициент разделения рения и урана как отношение коэффициентов их распределения (таблица 1).
Пример 2
Сорбцию рения из урановых растворов осуществляли в динамических условиях из растворов, состав которых приведен в примере 1, на колонке объемом 3,5 мл при соотношении диаметра к высоте 1:20. Для сорбции используют те же аниониты, что и в примере 1. После полного насыщения анионитов проводили десорбцию раствором аммиака (8%). В таблице 2 представлены данные по концентрированию рения в элюате. Степень концентрирования рения определяли как соотношение концентрации рения в элюате (в пике выходной кривой элюирования) к концентрации рения в растворе, из которого проводилась сорбция.
Пример 3
Для сорбции рения из сернокислого раствора, содержащего, мг/л: 50 урана; 20 рения, 10000 сульфат-ионов, 1000 хлорид-ионов, рН 2,0, используют слабоосновный наноструктурированный ионит на стирол-акрилатной матрице, содержащий 1,9 мг-экв/г циклогексиламина (ионит-ЦГА). Для сравнения сорбцию рения из того же раствора осуществляли на слабоосновном ионите (прототип) с вторичными аминогруппами (Purolite А-170). Сорбцию рения осуществляли в статических условиях (см. пример 1). Данные по сорбции и разделению рения и урана представлены в таблице 3.
Пример 4
Для сорбции рения из сернокислого раствора, содержащего, мг/л: 50 урана; 20 рения, 10000 сульфат-ионов, 1000 хлорид-ионов, рН 2,0, используют слабоосновный наноструктурированный ионит на стирол-акрилатной матрице, содержащий 2,65 мг-экв/г циклогексиламина (ионит-ЦГА). Для сравнения сорбцию рения из того же раствора осуществляли на слабоосновном ионите (прототип) с вторичными аминогруппами (Purolite А-170). Сорбцию рения осуществляли в статических условиях (см. пример 1). Данные по сорбции и разделению рения и урана представлены в таблице 4.
Использование наноструктурированного ионита на стирол-акрилатной матрице, содержащего 1,9-3,0 мг-экв/г циклогексиламина, позволяет не только улучшить селективность сорбции рения из урановых растворов и повысить концентрацию товарного рениевого элюата, но и снизить расход ионита благодаря его повышенной механической прочности по отношению к используемым сорбентам.
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 элюата рения. Вышеперечисленное позволяет улучшить технико-экономические показатели сорбционно-десорбционного извлечения рения из урансодержащего раствора;
- сокращение расхода сорбента для извлечения рения из урановых растворов;
- сокращение расхода реагентов на десорбцию;
уменьшение количества единиц сорбционно-десорбционного технологического оборудования.