用201×7強堿性陰離子交換樹脂從堿性溶液中吸附鈾

常喜信，支梅峰，周志全，牛玉清，任 燕，曹令華，曹笑豪，葉開凱

(核工業北京化工冶金研究院，北京 101149)

離子交換法常用于從溶液中分離提取鈾[1-3]。為了獲得較高純溶液，可采用兩步離子交換法[4]。兩步離子交換工藝中，第2步的吸附原液是第1步負載樹脂的淋洗液，鈾濃度較高。現有鈾水冶工藝中，離子交換法主要用于從酸性或中性低濃度溶液中吸附鈾[5-8]，而從較高濃度鈾的堿性溶液中吸附鈾的研究尚未見有報道。針對某鈾濃度較高的堿性鈾溶液，研究了用強堿性離子交換樹脂吸附鈾。

1 試驗部分

1.1 試驗原料及試劑

堿性鈾溶液：某堿性地浸液經過一次離子交換樹脂吸附純化后的堿性淋洗液，組成見表1。

表1 高濃度鈾的堿性溶液的組成 g/L

離子交換樹脂：201×7強堿性陰離子交換樹脂，凝膠型，相關參數見表2。

表2 201×7強堿性陰離子交換樹脂的基本參數

其他試劑：碳酸氫鈉、碳酸銨、碳酸氫銨,均為分析純。

1.2 吸附機制

(1)

(2)

2 試驗結果與討論

2.1 溶液pH對樹脂吸附鈾的影響

樹脂質量1.61 mg，含鈾溶液體積200 mL，在25 ℃條件下振蕩接觸12 h，溶液pH對樹脂吸附鈾的影響試驗結果如圖1所示。

圖1 溶液pH對樹脂吸附鈾的影響

由圖1看出：在試驗范圍內，樹脂對鈾的吸附量隨溶液pH增大而升高；溶液pH為10.0時，樹脂對鈾的吸附量為61.4 mg/g，之后繼續增大pH,鈾吸附量變化不大并趨于穩定。綜合考慮，確定溶液適宜的pH范圍為10.0～10.5。

2.2 吸附時間對樹脂吸附鈾的影響

樹脂質量1.61 mg，溶液體積200 mL，溶液pH=10.5，25 ℃條件下，吸附時間對樹脂吸附鈾的影響試驗結果如圖2所示。

圖2 吸附時間對樹脂吸附鈾的影響

由圖2看出：隨吸附時間延長，樹脂對鈾的吸附量增加；吸附時間達4 h后，鈾吸附量基本不再升高，表明此時樹脂對鈾的吸附達到平衡。

2.3 溫度對樹脂吸附鈾的影響

濕樹脂質量1.61 g，溶液體積200 mL，溶液pH=10.5，吸附時間4 h，溫度對樹脂吸附鈾的影響試驗結果如圖3所示。

圖3 溫度對樹脂吸附鈾的影響

由圖3看出，隨溫度升高，樹脂對鈾的吸附量僅略有增大。表明溫度對樹脂吸附鈾影響不大，在室溫下進行吸附即可。

2.4 吸附等溫線

取不同質量樹脂加入到不同體積溶液中，于25 ℃條件下振蕩接觸6 h，根據樹脂對鈾的吸附量繪制吸附等溫線，結果如圖4所示。

圖4 吸附等溫線

由圖4看出：樹脂對鈾的吸附量隨溶液中鈾平衡質量濃度升高而升高；當水相平衡鈾質量濃度為4.96 g/L時，樹脂對鈾的吸附量為61.2 mg/g。

2.5 動態吸附

25 ℃條件下，接觸時間60 min，樹脂對鈾的動態吸附試驗結果如圖5所示。

圖5 動態吸附曲線

以穿透點溶液中鈾質量濃度0.1 g/L計算，試驗結果表明，停留時間60 min時，穿透體積是3.1 BV,飽穿比為3.4，樹脂對鈾的吸附量為60.84 mg/g， 吸附效果較好。

2.6 負載樹脂的淋洗

以110 g/L碳酸銨+20 g/L碳酸氫銨對負載樹脂進行淋洗，室溫下接觸時間60 min，試驗結果如圖6所示。可以看出：經5個床體積淋洗劑的淋洗，樹脂上的鈾基本淋洗完全，淋洗效率較高，淋洗后的樹脂可返回利用。

3 結論

較高濃度堿性溶液中的鈾采用201×7強堿性陰離子樹脂吸附分離是可行的。適宜的溶液pH為10.0～10.5，樹脂對鈾的吸附量達60 mg/g。負載樹脂用碳酸銨及碳酸氫銨溶液淋洗，可實現再生。