用201×7強(qiáng)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(yè)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?nèi)芤?，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(fù)載樹脂的淋洗液，鈾濃度較高?，F(xiàn)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(jiàn)有報(bào)道。針對(duì)某鈾濃度較高的堿性鈾溶液，研究了用強(qiáng)堿性離子交換樹脂吸附鈾。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料及試劑

堿性鈾溶液：某堿性地浸液經(jīng)過(guò)一次離子交換樹脂吸附純化后的堿性淋洗液，組成見(jiàn)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(qiáng)堿性陰離子交換樹脂，凝膠型，相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 201×7強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂的基本參數(shù)

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(jī)制

(1)

(2)

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 溶液pH對(duì)樹脂吸附鈾的影響

樹脂質(zhì)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(duì)樹脂吸附鈾的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 溶液pH對(duì)樹脂吸附鈾的影響

由圖1看出：在試驗(yàn)范圍內(nèi)，樹脂對(duì)鈾的吸附量隨溶液pH增大而升高；溶液pH為10.0時(shí)，樹脂對(duì)鈾的吸附量為61.4 mg/g，之后繼續(xù)增大pH,鈾吸附量變化不大并趨于穩(wěn)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(shí)間對(duì)樹脂吸附鈾的影響

樹脂質(zhì)量1.61 mg，溶液體積200 mL，溶液pH=10.5，25 ℃條件下，吸附時(shí)間對(duì)樹脂吸附鈾的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 吸附時(shí)間對(duì)樹脂吸附鈾的影響

由圖2看出：隨吸附時(shí)間延長(zhǎng)，樹脂對(duì)鈾的吸附量增加；吸附時(shí)間達(dá)4 h后，鈾吸附量基本不再升高，表明此時(shí)樹脂對(duì)鈾的吸附達(dá)到平衡。

2.3 溫度對(duì)樹脂吸附鈾的影響

濕樹脂質(zhì)量1.61 g，溶液體積200 mL，溶液pH=10.5，吸附時(shí)間4 h，溫度對(duì)樹脂吸附鈾的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 溫度對(duì)樹脂吸附鈾的影響

由圖3看出，隨溫度升高，樹脂對(duì)鈾的吸附量?jī)H略有增大。表明溫度對(duì)樹脂吸附鈾影響不大，在室溫下進(jìn)行吸附即可。

2.4 吸附等溫線

取不同質(zhì)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(jù)樹脂對(duì)鈾的吸附量繪制吸附等溫線，結(jié)果如圖4所示。

圖4 吸附等溫線

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

2.5 動(dòng)態(tài)吸附

25 ℃條件下，接觸時(shí)間60 min，樹脂對(duì)鈾的動(dòng)態(tài)吸附試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 動(dòng)態(tài)吸附曲線

以穿透點(diǎn)溶液中鈾質(zhì)量濃度0.1 g/L計(jì)算，試驗(yàn)結(jié)果表明，停留時(shí)間60 min時(shí)，穿透體積是3.1 BV,飽穿比為3.4，樹脂對(duì)鈾的吸附量為60.84 mg/g， 吸附效果較好。

2.6 負(fù)載樹脂的淋洗

以110 g/L碳酸銨+20 g/L碳酸氫銨對(duì)負(fù)載樹脂進(jìn)行淋洗，室溫下接觸時(shí)間60 min，試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示?？梢钥闯觯航?jīng)5個(gè)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(jié)論

較高濃度堿性溶液中的鈾采用201×7強(qiáng)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(duì)鈾的吸附量達(dá)60 mg/g。負(fù)載樹脂用碳酸銨及碳酸氫銨溶液淋洗，可實(shí)現(xiàn)再生。